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Les forces

En termes g√©n√©raux, on appelle force une quelconque action ou influence, un quelconque agent susceptible de modifier un corps (de le d√©former par exemple) ou de modifier son √©tat de mouvement ou de repos, c'est-√†-dire de lui imprimer une acc√©l√©ration ( = modification de sa vitesse). 
‚ÄĘ D'un point de vue philosophique, la notion de force renvoie √† celle de cause-: on dira, par exemple, que l'action d'une force sur un corps est la cause de la modification du mouvement de ce corps. Cette modification √©tant vue alors comme l'effet de l'application de ladite force.

‚ÄĘ D'un point de vue math√©matique, une force est mod√©lis√©e par un vecteur, appel√© vecteur force, que l'on repr√©sente graphiquement par un segment de droite termin√© √† une de ses extr√©mit√©s par une fl√®che. 

Les forces portent de nombreux noms, tels que pouss√©e, traction, portance, poids, friction ou tension. Historiquement, les forces ont √©t√© regroup√©es en plusieurs cat√©gories et nomm√©es en fonction de leur source, de leur mode de transmission ou de leurs effets. Ainsi, par commodit√©, on peut diviser les forces en deux cat√©gories, les forces qui s'exercent entre des objets qui sont en conctact, comme la friction, et celles qui s'exercent √† distance, comme la gravitation ou l'√©lectromagn√©tisme. Mais on notera que cette division est artificielle : en r√©alit√©, il n'existe que des forces √† distance. La friction, par exemple, est une force √©lectromagn√©tique qui s'exerce √† distance entre les composants des atomes qui peuvent ne pas se toucher. 

La force comme cause

Pendant longtemps, l'id√©e de force est rest√©e ins√©parable de celle de substance : une force √©tait une puissance active. C'est √† ce titre que l'id√©e de force a longtemps occup√© une grande place dans la philosophie. D√©j√† Archytas, pythagoricien, et D√©mocrite accordaient la force √† la mati√®re en tant qu'elle est en mouvement. Avec Platon la force est con√ßue dans l'√Ęme, comme le mouvement dans la mati√®re, et, chez Aristote, l'ent√©l√©chie exprime une r√©alit√© qui a en soi la force et le principe de son action. Chez les Modernes, Descartes avait n√©glig√© l'id√©e de force, en ne constatant que l'√©tendue dans la mati√®re; mais Leibniz pensait qu'il fallait admettre, dans les corps, des unit√©s v√©ritables, et r√©habiliter l'ent√©l√©chie d'Aristote ainsi que les formes substantielles des scolastiques, en les concevant comme des forces primitives dou√©es d'activit√©. 

Un grand pas en avant a √©t√© fait quand Galil√©e a enfin produit une d√©finition claire de la vitesse. Ce concept, tr√®s confus auparavant, faisait dire depuis Aristote que la force √©tait la cause du mouvement. On savait maintenant qu'il y avait des mouvements sans causes. Pour Galil√©e, la vitesse d'un corps d√©pend du cadre de r√©f√©rence dans laquelle on la mesure : un corps peut √™tre au repos (vitesse nulle) pour un observateur et en mouvement (vitesse non nulle) pour un autre. La vitesse du corps ne d√©pend donc pas d'actions ext√©rieures. Le progr√®s suivant sera accompli par Newton qui parvint √† donner une d√©finition op√©rationnelle de la force m√©canique. Une force n'est plus alors consid√©r√©e comme la propri√©t√© d'un corps (en termes de physique, dire, par exemple qu'un halt√©rophile a de la force est une absurdit√©), mais comme le moyen de d√©crire une interaction entre deux ou plusieurs corps. Les lois formul√©es par Newton procurent une base th√©orique pour √©tudier le mouvement en fonction des interactions entre objets. Lorsque deux objets agissent l'un sur l'autre, les lois de Newton (plus sp√©cialement la deuxi√®me) permettent de d√©finir la force √† partir de la masse et de l'acc√©l√©ration du corps √©tudi√©. 

Ainsi la notion de force n'est-elle plus li√©e avec l'√©tat de mouvement d'un corps (sa vitesse) mais avec une modification de cet √©tat (une acc√©l√©ration correspond √† une modification en module ou en direction du vecteur vitesse). D√®s lors, si la force ne peut plus √™tre consid√©r√©e comme la cause du mouvement d'un corps, il semble qu'on puisse dire qu'elle est plut√īt la cause des changements que l'on constate dans l'√©tat de mouvement de ce corps; ces changement pouvant √™tre appel√©s l'effet de la force.  Par exemple, on dira que la force de gravitation est la cause de la chute (acc√©l√©r√©e) d'une goutte de pluie et que, donc, cette chute est l'effet de la force gravitationnelle appliqu√©e sur la goutte. Et √† la question "pourquoi la goutte de pluie tombe-t-elle?", il sera possible de r√©pondre "parce qu'une force s'exerce sur elle". La relation de cause √† effet ainsi mise en oeuvre d√©bouche cependant sur une difficult√©, car quelle est la cause de la cause? et jusqu'o√Ļ faudra-t-il remonter la cha√ģne des causes. Aujourd'hui, les physiciens sont mal-√†-l'aise avec cette approche. Ils pr√©f√®rent donc renoncer √† s'interroger sur les pourquoi pour s'assigner pour t√Ęche seulement la recherche des comment. Cela ne signifie qu'on renonce √† la notion de causalit√©, mais seulement que lorsqu'on √©tudie les ph√©nom√®nes physiques, on mobilise deux ordres d'intelligibilit√© qui marchent du m√™me pas, tout en restant toujours distincts.

A y regarder de plus pr√®s, les lois de Newton n'expriment pas autre chose que des comment. On se souvient de la c√©l√®bre phrase de Newton lui-m√™me : "hypotheses non fingo" = je n'imagine pas d'hypoth√®ses (sur les causes). Le contexte √©tait celui de l'action √† distance de la gravitation dans le Syt√®me solaire, mais au pourrait l'appliquer √† toute la physique newtonienne. Newton affirmait d√©j√† pouvoir se contenter d'hypoth√®ses logiques, autrement dit des hypoth√®ses qui r√©sultent du simple constat de relations empiriques entre diverses grandeurs physiques. 

Le vecteur force

Une force est une grandeur physique modélisée ( = représentée) mathématiquement par un vecteur, appelé le vecteur force.

Comme tout vecteur, le vecteur force peut se d√©finir par 

1) son orientation (sa direction et son sens). La direction définit la droite d'action de la force.

2) son module (la "longueur" du vecteur correspondant ici √† l'intensit√© de la force). 

Dans cette page, les termes écrits en gras sont des vecteurs (autrement dit :); on note 0 le vecteur nul; les modules de ces vecteurs, comme les autres scalaires, sont en caractères normaux (ex : v = ||v||).
A cette représentation abstraite, la physique ajoute un élement concret :
3) le point d'application de la force. Lorsqu'une force agit sur un corps, la force peut √™tre consid√©r√©e comme s'exer√ßant en un point de ce corpsi. C'est ce point, par lequel passe la droite d'action de la force, qui est appel√© le point d'application (ou support) de la force. Lorsque l'on souhaite op√©rer avec des forces, la notion de point d'application √©vite de recourir n√©cessairement √† la repr√©sentation du corps pour pouvoir effectuer des calculs. 
Pour mesurer une force, il est n√©cessaire de la comparer √† une force d√©finie comme unit√©. Dans le syst√®me international (SI) l'unit√© de force est  le newton (N).

Composition des forces.
La direction que prendrait un point mat√©riel, si, partant du repos, il c√©dait √† l'action d'une force sans qu'aucune r√©sistance ou autre force vienne en g√™ner l'action, est ce que l'on appelle direction de cette force. Un corps que l'on tient √† la main et qu'on abandonne √† lui-m√™me sans lui donner d'impulsion, au milieu d'un air calme, tombe en parcourant une ligne droite verticale; la verticale sera donc, la direction de la pesanteur. Les corps sont tr√®s loin de suivre toujours la direction des forces qui agissent sur eux, parce que le plus souvent (on pourrait m√™me dire toujours) chaque corps est soumis √† l'action de plusieurs forces simultan√©es. 

Lorsque les forces r√©agissent ainsi les unes sur les autres, de telle fa√ßon que le corps se trouve, quant √† son mouvement, dans le m√™me √©tat que s'il n'√©tait soumis √† aucune force, on dit que ces forces s'√©quilibrent. Tel est, par exemple, le cas d'un corps pos√© sur le sol : son poids est √©quilibr√© par la r√©sistance du support sur lequel il repose. On se trouve dans une situation similaire si l'on consid√®re un corps flottant dans l'eau : ici c'est la force verticale dirig√©e vers le haut et appell√©e pouss√©e d'Archim√®de qui √©quilibre le poids du corps.  La partie de la m√©canique qui √©tudie de telles situations d'√©quilibre ( = 0) s'appelle la statique

‚ÄĘ Forces d'√©quilibre. - Les forces ne produisent pas toujours le mouvement; des r√©sistances peuvent neutraliser leur action. Dans ce cas, elles donnent lieu √† une pression ou √† une tension. Une pierre presse le sol qui la supporte on tend le fil auquel elle est suspendue. Toute pression ou tension donne lieu √† une r√©action √©galent contraire dans le corps press√© ou tendu. Le sol pousse la pierre, et le fil la tire de bas en haut exactement comme ils en sont pouss√©s on tir√©s de haut en bas. Quelle que soit une force qui produit une pression ou une tension, il existe toujours au poids capable de donner lieu √† un m√™me effet; on peut donc comparer m√©caniquement les forces √† des poids qui leur servent de mesure.
On appelle dynamique la partie de la physique dans laquelle la somme des forces appliquées sur un objet ne s'annule pas (0). En dehors des conditions d'équilibre, lorsque plusieurs forces agissent sur un même corps, on peut ordinairement imaginer une force qui, à elle seule, produirait le même effet que toutes les autres réunies : cette force, est la force résultante, les forces elles mêmes sont les composantes. Inversement, quand une force unique agit sur un corps, on peut imaginer autant de forces qu'on voudra, qui, réunies, produiraient, le même effet que la force primitive.
‚ÄĘ Principe d'ind√©pendance des forces. - Le principe d'ind√©pendance des forces exprime, en termes physiques, ce que la somme des vecteurs forces (composition des forces) repr√©sente du point de vue math√©matiques. Lorsque plusieurs forces agissent simultan√©ment sur un corps, chacune d'elles se comporte comme si les autres n'existaient pas et la modification de l'√©tat de mouvement produite par chacune d'elles est ind√©pendante de celles produits par les autres.-
Les opérations définies pour les vecteurs s'appliquent aux forces et doivent donc être opérées de la même manière que celles-ci. De la même façon que l'on a OA+OB = OC, on a pour les vecteurs force : F+F' = R. S correspondra au support (ou point d'application) des forces F et F'.
Lorsque plusieurs forces agissent sur un même support, leur résultante ou force nette est leur somme vectorielle : FnetteF; dans l'exemple ci-contre, on aura R = F+F' et, donc :
    FnetteR + F".

Toutes les fois que la r√©sultante de plusieurs forces est nulle, ces forces sont en √©quilibre, √† moins qu'on n'ait un couple, auquel cas l'√©quilibre ne peut √™tre produit que par un couple √©quivalent et de sens contraire. Quand cette r√©sultante n'est pas pas nulle, une force √©gale et directement contraire √† la r√©sultante ajout√©e aux composantes produit l'√©quilibre, parce qu'elle d√©truit l'effet de leur r√©sultante. Quand une force n'est pas √©quilibr√©e sur un corps, elle modifie son √©tat de mouvement et s'appelle alors force motrice, nom que l'on donne aussi √† la force qui entretient dans une machine le mouvement que les r√©sistances arr√™teraient plus ou moins rapidement. La force est encore dite acc√©l√©ratrice quand elle acc√©l√®re le mouvement, et retardatrice quand elle produit l'effet oppos√©. La pesanteur est acc√©l√©ratrice pour les corps qui tombent, retardatrice pour ceux qui montent. 

Système matériel

On appelle système matériel un ensemble de corps ayant entre eux des interactions, mais qu'il est possible de considérer comme un tout, c'est-à-dire sans prendre en compte la structure interne. Un système possède une masse (qui est la somme des masses des corps qui le composent) et d'autres caractéristiques, certaines étant des caractéristiques géométriques.

Cela conduit à définir deux types de forces : les forces externes, qui sont sont celles qui agissent de l'extérieur sur le système, et les forces internes (entre les corps qui composent le système), qui en pratique s'annulent. Lorsque les forces externes s'annulent, on dit que le corps (le système) sur lequel elles s'exercent est isolé (ou, mieux, pseudo-isolé, car l'annulation des forces ne signifie évidemment pas leur absence).

Point matériel.
Lorsque on décrit l'état de mouvement d'un système, on modélise ordinairement le système comme un seul point qui contient toute la masse de ce système. Ce point que l'on appelle point matériel est une fiction commode. En physique, les seuls points matériels pourraient être, à la rigueur, les particules élémentaires fondamentales, mais à leur échelle des catégories particulières s'appliquent qui ne sont pas celles de la physique newtonienne. En pratique, ce sont dont toujours des objets étendus, des systèmes, que cette physique envisage.

Centre de masse. 
Lorsque des forces ext√©rieures agissent sur un syst√®me mat√©riel, et que leur action se r√©duit √† r√©duit √† l'action d'une seule force sur un point d'application particulier, ce point mat√©riel correspond au point  autour duquel la masse du syst√®me est uniform√©ment r√©partie et que l'on appelle le centre de masse du syst√®me. Par exemple, dans un objet rigide, ce centre de masse est le point o√Ļ l'objet restera √©quilibr√© m√™me s'il n'est soutenu qu'√† ce point. Pour une sph√®re, un disque ou un tore en mat√©riau homog√®ne, ce point est bien entendu au centre g√©om√©trique. De la m√™me fa√ßon, pour une tige en mat√©riau homog√®ne, le centre de masse sera au milieu.

Il est à noter que l'action de plusieurs forces sur un système peut aussi se faire sur des points distincts sans qu'il soit possible de définir leur résultante comme s'appliquant sur un point matériel. Cas des forces de torsion, par exemple.

Forces entre corps en contact

Tension.
On appelle tension une force qui agit sur la longueur d'un support, par exemple une force port√©e par un support flexible, tel qu'une corde ou un c√Ęble. Le mot tension vient d'un mot latin qui signifie √©tirer. Tout connecteur flexible, tels une corde, une cha√ģne, un fil ou un c√Ęble, ne peut exercer des tractions que parall√®lement √† sa longueur; ainsi, une force port√©e par un connecteur souple est une tension de direction parall√®le au connecteur. Il est important de comprendre que la tension est une traction dans un connecteur. La force de tension tire vers l'ext√©rieur le long des deux extr√©mit√©s d'une corde.

L'élasticité.
Lorsqu'une force est appliquée à un objet qui ne peut pas bouger, l'objet s'étire ou se déforme autrement. Ses molécules sont légèrement écartées et il se déforme. Si l'objet reste déformé lorsque la force est supprimée, sa déformation est appelée plastique. Si ses molécules reviennent à leur position d'origine, la déformation est dite élastique. L'élasticité est donc la capacité d'un matériau à reprendre sa forme initiale.

Loi de Hooke
La loi de Hooke établit la relation qui existe entre la force qui s'exerce sur un corps et l'allongement qu'elle provoque. Pour étudier l'élasticité d'un corps (un ruban de cuivre, de caoutchouc ou de nylon, par exemple), des objets de masses croissantes sont suspendues à l'objet; ces objets exercent alors sur lui une force F égale au poids des masses et l'allongement s mesuré correspond à la longueur initiale du corps à la quelle on soustrait sa longueur après la suspension des masses. Selon la loi de Hooke, on a une proportionnalité entre le module de la force appliquée et l'allongement mesuré :

F = k.s
La constante k prend le nom de module d'élasticité et s'exprime en newtons par mètre.

Il y a cependant un point au-del√† duquel la loi de Hooke n'est plus respect√©e. C'est ce qu'on appelle la limite de proportionnalit√©  : si la substance est √©tir√©e au-del√† de ce point, elle atteint sa limite √©lastique. La substance cesse d'√™tre √©lastique et reste d√©form√©e m√™me lorsque la force d'√©tirement est supprim√©e.

A condition que la limite élastique d'un matériau ne soit pas dépassée, la de la loi de Hooke peut être utilisé dans des calculs pour déterminer une force ou un allongement inconnus.

Force normale.
Le poids est une force omnipr√©sente qui agit √† tout moment et doit √™tre contrecarr√©e pour emp√™cher un objet de tomber. On doit supporter le poids d'un objet lourd en le poussant vers le haut lorsque l'on se tient immobile. Mais comment les objets comme une table supportent-ils le poids d'une masse pos√©e dessus? 

Lorsqu'un objet (un vase, un livre, etc.) est placée sur la table, la table s'affaisse très légèrement sous se poids de cet objet. Cela serait perceptible si la charge était posée, par exemple, sur un drap tendu horizontalement ou sur la toile d'un trampoline, mais même les objets rigides se déforment lorsqu'une force leur est appliquée. À moins que l'objet ne soit déformé au-delà de sa limite, il exercera une force de rappel un peu comme un ressort déformé (ou un trampoline, un plongeoir, etc). Plus la déformation est importante, plus la force de rappel est importante. Ainsi, lorsque la charge est placée sur la table, la table s'affaisse jusqu'à ce que la force de rappel devienne aussi importante que le poids de la charge.

√Ä ce stade, la force externe nette sur la charge est nulle. C'est le cas lorsque la charge est immobile sur la table. La table s'affaisse rapidement et l'affaissement est infime, nous ne le remarquons donc pas. Mais cela ressemble √† l'affaissement d'un trampoline lorsque l'on monte dessus. On doit conclure que tout ce qui supporte une charge, qu'elle soit anim√©e ou non, doit fournir une force verticale, dirig√©e vers le haut, √©gale en intensit√© au poids de la charge. Si la force supportant une charge est perpendiculaire √† la surface de contact entre la charge et son support, cette force est d√©finie comme une force normale (c'est-√†-dire dont la direction forme un angle de 90 ¬į avec n'importe quelle ligne trac√©e sur la surface) et re√ßoit ici le symbole N (√† ne pas confondre avec l'unit√© de force N.) Le mot normale signifie perpendiculaire √† une surface. La force normale peut √™tre inf√©rieure au poids de l'objet si l'objet est sur une pente.

Les forces de friction.
Les forces de frottement ou de friction se produisent entre les surfaces de contact de deux corps. Ces forces correspondent à la résistance opposée au mouvement relatif de deux corps frottant l'un sur l'autre. Elles empêchent un corps de glisser ou de rouler facilement sur un autre. Cela peut concerner, par exemple, le mouvement d'un corps posé sur une surface et maintenu à son contact par l'effet de son poids ou bien celui d'un corps en mouvement dans un fluide.

Les forces de frottement, pour les surfaces en contact de corps solides, sont proportionnelles √† la force normale agissant sur la surface et la constante de proportionnalit√© est un coefficient (¬Ķ) appel√© coefficient de frottement et qui d√©pend de la nature des surfaces en contact. 

Fr = ¬Ķ.N, o√Ļ N est la force normale et Fr  est la force de frottement. 
Le coefficient de frottement des surfaces en contact, des solides, diminue avec la vitesse. Si un solide se déplace dans un gaz ou un liquide, le coefficient augmente avec la vitesse.

Lorsqu'un corps se déplace sur une pente ou un plan incliné, la force normale est la composante du poids perpendiculaire à la surface de la pente; la seconde composante est parallèle à sa surface.

Force de contact.
Lorsque deux corps sont en contact, chacun exerce une force de contact sur l'autre, tous deux opposés et de même grandeur. La force de contact est la somme de la force de frottement et de la réaction normale, tangente et perpendiculaire respectivement aux surfaces au point de contact. Si la force de frottement est nulle, on dit que le contact entre les deux corps est lisse; sinon on dit que ce contact est rugueux. Si les deux corps sont en mouvement l'un par rapport à l'autre, la force de friction s'oppose à ce mouvement.

Forces entre corps distants

La force électromagnétique, avec ses deux composantes (force électrostatique, force magnétique), aussi bien que la force gravitationnelle sont des forces dont l'action s'exerce à distance. Selon la physique classique (newtonienne), leur action est instantanée, quelle que soit la distance qui sépare les corps en interaction.

La prise en compte de la distance est cependant capitale. L'intensité de chacune de ces forces diminue en effet avec la distance des objets entre lesquels elles s'exercent. Elle dépend aussi de caractéristiques propres aux objets. Ces caractéristiques sont la masse (masse gravitationnelle) dans le cas de la force de gravitation, et la charge électrique dans le cas de la force électrostatique :

‚ÄĘ Loi de l'attraction universelle (de Newton) : F = G.m.M/d¬≤

‚ÄĘ Loi de Coulomb : F = Kc.q.q'/d¬≤

o√Ļ m et M sont les masses respectives de deux corps s√©par√©s par une distance d et en interaction gravitationnelle; et o√Ļ q et q' sont les charges de deux corps s√©par√©s par une distance d et en interaction √©lectrostatique; G = 6,6742.10-11 N¬∑m¬≤¬∑kg-¬≤  et Kc = 109 N m¬≤.C-¬≤ (dans le vide) sont des constantes.

Dans le cas de la force gravitationnelle les forces sont toujours attractives (la masse est toujours positive); dans celui de la force √©lectrostatique elle peuvent √™tre r√©pulsives ou attractives selon le signe des charges en pr√©sence (les charges de m√™me signe se repoussent, celles de signe oppos√© s'attirent. Une situation analogue s'observe dans le cas de la force magn√©tique, par exemple lorsqu'on consid√®re deux aimants, selon les p√īles (N ou S) de ces aimants.

Notion de champ de forces.
Lorsqu'en chaque point d'une région de l'espace une particule subit une force, qui peut dépendre de la position et du temps, on dit que dans cette région il y a (agit ou se distribue) un champ de forces. On parle ainsi de champ gravitationnel, de champ électrique ou de champ magnétique pour désigner la région dans laquelle s'exercent, à distance, des forces gravitationnelles, électriques ou magnétiques.

Il faut imaginer qu'un champ de force entoure tout objet qui crée une force à distance. Un deuxième objet (souvent appelé objet de test) placé dans ce champ subira une force qui est fonction de l'emplacement et d'autres variables. Le champ est défini de manière à être une caractéristique de l'objet qui le crée; il ne dépend pas de l'objet de test qui y est placé. On considère que c'est le champ qui transporte la force d'un objet à un autre. Le champ gravitationnel de la Terre, par exemple, est fonction de la masse de la Terre et de la distance à son centre, indépendamment de la présence d'autres masses.

La théorie de Yukawa.
Le concept de champ a √©t√© appliqu√© avec beaucoup de succ√®s; il est possible de calculer des mouvements et de d√©crire la nature avec une grande pr√©cision √† l'aide d'√©quations de champ. Aussi utile que soit le concept de champ, cependant, il laisse sans r√©ponse la question de savoir ce qui transporte la force. Il a √©t√© propos√©, √† partir de 1935 avec les travaux de Hideki Yukawa (1907-1981) sur la force nucl√©aire forte, que toutes les forces sont transmises par l'√©change de particules √©l√©mentaires (¬ß les quatre forces fondamentales). Nous pouvons visualiser l'√©change de particules comme analogue √† des ph√©nom√®nes macroscopiques tels que deux personnes se lan√ßant mutuellement un ballon de basket, exer√ßant ainsi entre eux une force r√©pulsive sans se toucher. 

Cette id√©e d'√©change de particules approfondit plut√īt qu'elle ne contredit les concepts de champ. Il est plus satisfaisant philosophiquement de penser √† quelque chose de physique se d√©pla√ßant r√©ellement entre des objets agissant √† distance. Mais le v√©ritable fruit de la proposition d'√©change de particules est que les recherches sur la particule propos√©e par Yukawa ont bel et bien abouti √† sa d√©couverte √† √† celle d'un certain nombre d'autres qui √©taient compl√®tement inattendues, stimulant encore plus de recherche. (OS).

Les lois de Newton

On conna√ģt sous le nom de lois de Newton trois √©nonc√©s, le premier est le principe d'inertie, d√©j√† formul√© par Galil√©e, le second, qui est celui qui d√©finit la force, est appel√© la relation fondamentale de la dynamique, le troisi√®me est principe des actions r√©cipropques, dont Huygens, avait d√©j√† fait un usage implicitedans sa th√©orie du pendule compos√©.

Première loi de Newton : principe d'inertie.
La première loi du mouvement de Newton peut s'exprimer comme suit :

‚ÄĘ Il existe au moins un r√©f√©rentiel (appel√© r√©f√©rentiel d'inertie ou r√©f√©rentiel   galil√©en) dans lequel tout corps tend √† maintenir son √©tat de repos ou de mouvement √† vitesse constante ( = mouvement rectiligne uniforme), si la force r√©sultante de toutes les forces agissant sur ce corps est nulle.
La propriété d'un corps de conserver le même état de mouvement en l'absence de toute force nette ( = 0) agissant sur lui est appelée inertie. La première loi de Newton est souvent appelée principe d'inertie.
En pratique, les référentiels galiléens sont hors de notre portée. Nous devons nous contenter de considérer des référentiels approximativement galiléens. Ainsi un référentiel lié à la Terre n'est galiléen qu'en première approche. La Terre est en rotation sur elle-même et tourne aussi autour du Soleil; le Soleil tourne autour de la Galaxie, elle-même se déplaçant selon un trajectoire curviligne autour du centre de masse de l'amas de galaxies auquel elle appartient (le Groupe local), qui lui-même..., etc. Tous les mouvements qui ne sont ni rectignes ni uniformes interdisent donc la définition concrète d'un référentiel galiléen. On se contente donc, en pratique, de référentiels dont les mouvements sont négligeables dans le cadre du problème que l'on étudie.

Si un référentiel est galiléen (ou peut être considéré tel), tous les référentiels en mouvement rectiligne uniforme par rapport à lui sont des référentiels galiléens.

Comme le principe d'inertie, les deux autres lois de Newton ne sont appliquables telles quelles que dans un référentiel galiléen. Elles doivent inclure des termes supplémentaires dans le cas de référentiels non-galiléens.

Masse inertielle.
Comme nous le savons par expérience, certains objets ont plus d'inertie que d'autres. Il est évidemment plus difficile de modifier l'état de mouvement d'un gros rocher que celui d'une balle de tennis par exemple. L'inertie d'un objet se mesure par sa masse, ou plus exactement par sa masse inertielle. Cette masse inertielle est une mesure de la résistance d'un corps à modifier son état de mouvement lorsque ce corps est soumis à une action externe. (Unité SI de masse : le kilogramme, symbole : kg).

Un objet avec une petite masse pr√©sentera moins d'inertie et sera plus affect√© par les autres autres objets avec lesquels il pourrait √™tre en interaction. Un objet avec une grande masse pr√©sentera une plus grande inertie et sera moins affect√© par les autres objets. 

La notion de masse d'un corps est attach√©e √† celle de quantit√© de mati√®re qu'il contient. Il s'ensuit que, contrairement au poids, la masse d'un corps ne varie pas avec l'emplacement. La masse d'un objet est la m√™me sur Terre, en orbite ou √† la surface de la Lune. La m√©canique newtonienne pose comme un postulat la conservation de la masse totale d'un syst√®me : la masse d'un corps (ou d'un syst√®me de corps) reste constante quel que soit l'√©tat de mouvement de ce corps. Cette assertion n'est plus valable dans le cadre de la m√©canique relativiste (einsteinienne) qui fait d√©pendre la masse de la vitesse et conduit √† introduire une masse minimale, appel√©e masse au repos et g√©n√©ralement not√©e m0. Aussi la masse ne peut-elle √™tre consid√©r√©e comme une une mesure de la quantit√© de mati√®re que dans le cadre de la physique classique. Il existe d'autres mani√®res, plus satisfaisantes, de d√©finir une telle quantit√© en particulier en d√©nombrant le nombre d'entit√©s √©l√©mentaires (atomes, mol√©cules, etc.) que contient un corps. Les chimistes utilisent ainsi couramment une unit√© de quantit√© de mati√®re (la mole)  qui correspond √† un nombre d√©fini (nombre d'Avogadro =  6,022.1023) d'entit√©s √©l√©mentaires de nature donn√©e. 
Deuxième loi de Newton : relation fondamentale de la dynamique.
La deuxi√®me loi de Newton, appel√©e aussi relation fondamentale de la dynamique, s'applique quelle que soit la r√©sultante des forces consid√©r√©e, que leur composante soit nulle ou non. Elle permet ainsi de calculer l'intensit√© d'une force en donnant enfin √† cette grandeur physique une d√©finition op√©rationnelle g√©n√©rale. 
‚ÄĘ La relation fondamentale de la dynamique d√©finit math√©matiquement la force agissant sur un corps comme le taux de variation (dans le temps) de la quantit√© de mouvement de celui-ci :
f = dp/dt
Comme le vecteur quantité de mouvement est défini par p = m.v (v étant le vecteur vitesse), on a :
dp/dt = d(m.v)/dt = v.dm/dt + m.dv/dt  (d√©riv√©e d'un produit)
La masse totale d'un syst√®me correctement d√©fini est constante, mais rien n'assure que la masse de tel ou tel corps appartenant √† ce syst√®me le soit (par exemple la masse totale d'une fus√©e qui diminue √† mesure qu'elle consomme son carburant, et seule la somme de la masse de la fus√©e et celle du carburant consomm√© est constante). Si la masse de la partie du syst√®me que l'on consid√®re varie, la relation fondamentale de la dynamique doit √™tre utilis√©e dans sa forme la plus g√©n√©rale. En revanche, dans le cas o√Ļ la masse du corps (ou du syst√®me mat√©riel) sur lequel s'applique la force peut bien √™tre consid√©r√©e comme constante, on a-: dm/dt = 0, et l'expression du vecteur force peut √™tre simplifi√©e. Elle se r√©duit √† :
f = m.dv/dt
Autrement dit la force f qui s'exerce sur le corps est proportionnelle √† l'acc√©l√©ration  de ce corps, la constante de proportionnalit√© √©tant sa masse inertielle m.
f = m.
Une formulation alternative de la relation fondamentale de la dynamique peut alors être-:
‚ÄĘ L'acc√©l√©ration d'un syst√®me est directement proportionnelle et dans le m√™me sens que la force externe nette agissant sur le syst√®me, et inversement proportionnelle √† sa masse ( = f/m).
L'unité de force.
On a dit que l'unit√© de force dans le Syst√®me international de mesures (syst√®me SI) est le newton (N). Cette unit√© peut √™tre d√©finie gr√Ęce √† la deuxi√®me loi de Newton f = m.
Une force de 1 newton est la force n√©cessaire communiquer  le centre d'inertie d'un syst√®me mat√©riel de 1 kilogramme une acc√©l√©reration de 1 m√®tre par seconde par seconde : 1 N = 1 kg. m/s¬≤.
La force est d√®s lors une grandeur vectorielle de dimensions  M.L.T-2.

Le poids et la force gravitationnelle.
On observe que lorsqu'un objet tombe, il acc√©l√®re vers le centre de la Terre. La deuxi√®me loi de Newton stipule qu'une force nette sur un objet est responsable de son acc√©l√©ration. Si la r√©sistance de l'air est n√©gligeable, la force nette sur un objet en chute est la force gravitationnelle, commun√©ment appel√©e son poids. On convient ainsi d'appeler poids la force gravitationnelle exerc√©e par un astre quelconque (la Lune, Mars, l'ast√©ro√Įde Ryugu, etc.) sur tous les corps situ√©s √† proximit√© de sa surface. 

Lorsque la force externe nette sur un objet est son poids, on dit qu'il est en chute libre. Un corps de masse m, en chute libre (sur une petite distance) est soumis √† une acc√©l√©ration constante g, appel√©e acc√©l√©ration de la pesanteur. L'application de la deuxi√®me loi de Newton permet de mettre g en relation avec le poids P de ce corps en √©crivant : 

P = m.g

Le poids et l'acc√©l√©ration de la pesanteur sont des vecteurs dirig√©s vers le centre de la Terre (ou de l'astre consid√©r√©). 

On a dit que dans la physique newtonienne, la masse est consid√©r√©e comme constante quel que soit l'√©tat de mouvement de ce corps (et le r√©f√©rentiel dans lequel cet √©tat est mesur√©). Il n'en va pas de m√™me du poids (la force d'attraction exerc√©e par la Terre est fonction du lieu o√Ļ elle est mesur√©e : elle d√©pend de la distance √† son centre de masse et d'autres facteurs) et, partant, de l'acc√©l√©ration de la pesanteur. L'acc√©l√©ration  de la pesanteur ne peut √™tre consid√©r√©e comme constante que dans un espace relativement r√©duit.

Dans les calculs ordinaires, on adopte pour le module de g la valeur :

g = 9,806 65 m.s-¬≤  9,81 m.s-¬≤. 

La physique newtonienne identifie deux grandeurs appelées masse. La masse inertielle (mi), dont il est question ici, et la masse gravitationnelle (mg), qui est le paramètre qui intervient dans la loi de l'attraction universelle de Newton. L'expérience conduit à constater la proportionalité de ces deux grandeurs, le facteur de de proportionnalité étant égal à 1, dans un système de mesure cohérent comme le système SI (mi = 1.mg). Ce constat n'est pas expliqué par la physique classique. La théorie de la relativité générale enjambe la difficulté (si l'on peut dire!), en prenant comme postulat l'identité de la masse inertielle et de la masse gravitationnelle (principe d'équivalence). L'explication du mouvement d'un corps soumis à la gravitation ne requiert pas d'invoquer l'action d'une force particulière : un tel mouvement peut être vu comme l'expression de l'inertie du corps considéré dans un espace-temps courbe. La présence de corps possédant une masse étant à l'origine d'une telle courbure.
Forces de déviation.
Une force de déviation est une force qui produit un changement dans la direction de la vitesse sans changer le module de cette vitesse.

Troisième loi de Newton : principe des actions réciproques.
Le principe des actions réciproques ou principe des interactions (troisième loi de Newton) énonce :

‚ÄĘ Si une force F1 est exerc√©e par un syst√®me B sur un syst√®me A, le syst√®me A r√©agit sur B en exer√ßant sur lui une force F2 avec une force d'√©gale intensit√© mais dans la direction oppos√©e : F1 = -F2.
On notera que les deux forces bien qu'égales en intensité et de sens opposé ne s'annulent pas, car elles agissent sur des des corps de masses différentes.

La troisi√®me loi de Newton traduit une certaine sym√©trie dans la nature : les forces se produisent toujours par paires, et un corps ne peut pas exercer une force sur un autre sans √©prouver lui-m√™me une force. 

Le terme de principe des actions r√©ciproques '(ou de principe des interactions) est bien pr√©f√©rable √† celui, √©galement courant, loi de l'action et de la r√©action (ou de l'action-r√©action), qui semble sugg√©rer la pr√©√©minence d'une force sur l'autre, ou, pire, que l'action serait la cause alors que la r√©action serait l'effet. En fait, il n'y a a pas action et de r√©action, mais simplement interaction. Si l'on voulait envisager la r√©action d'un corps √† une force, on serait tent√© de la chercher plut√īt dans l'inertie. Mais ce n'est pas du tout de cela que parle la troisi√®me loi de  de Newton. 

La dynamique des couples

Les diff√©rentes notions mises en oeuvre pour parler des modifications de l'√©tat de mouvement d'un corps en mouvement rectiligne uniforme trouvent leur analogue dans le cas o√Ļ l'on examine le mouvement d'un corps mobile autour d'un axe passant par son centre de masse. 
‚ÄĘ La vitesse angulaire  remplace ici la vitesse v (du mouvement rectiligne);

‚ÄĘ La masse m est remplac√©e par le moment d'inertie J.

‚ÄĘ L'analogue de la quantit√© de mouvement prend le nom de moment cin√©tique :  = J.;

‚ÄĘ L'action exerc√©e sur un tel mobile prend le nom de couple.

Le principe d'inertie.
Dans le cas d'un mouvement de rotation, le principe d'inertie peut s'exprimer en disant qu'un corps mobile fix√© sur une axe, en l'absence de toute action ext√©rieure (y compris, bien s√Ľr, la friction sur l'axe), ne modifie pas son moment cin√©tique. Sa vitesse angulaire reste constante. Si le mobile est au repos, il reste au repos; s'il est en rotation, sa vitesse angulaire reste la m√™me.

Couple de forces.
On appelle couple de forces, ou simplement couple, deux forces d'égale intensité (F = F1 = F2) agissant sur un corps dans des directions opposées et dont les points d'application sont situés symétriquement par rapport au centre de masse de ce corps. L'action de ces forces (de ce couple) est de faire tourner ledit corps autour de l'axe passant par le centre de masse et qui est perpendiculaire au plan dans lequel s'inscrivent les forces.

La distance d s√©parant les droites d'action des forces F1 = Fet l'intensit√© de ces forces permet de  caract√©riser le couple : on appelle alors moment du couple le produit de l'une des forces par la distance d.

Un tel couple produit une accélération du mouvement de rotation du corps sur lequel il agit. Il peut alors être défini mathématiquement de la même façon qu'on définit une force, comme le taux de variation (par rapport au temps) du moment cinétique d'un système mobile autour d'un axe :

 C = d/dt
Autrement dit, si lon admet la constance du moment d'inertie (cas d'un solide) :
C = J. d/dt 
Actions réciproques.
Ici encore, on a un analogue de la trois√®me loi de Newton : lors d'une interaction entre deux solides S1 et S2 mobiles autour d'un axe, les couples exerc√©s par S1 sur S2 et par S2 sur S1 sont oppos√©s. 

Couple de torsion.
On a vu que si l'on consid√®re l'action d'un couple de forces sur un corps mobile autour d'un axe fixe, on provoque un effet de rotation. Si, maintenant, on envisage un couple de forces s'exer√ßant sur un corps dont la rotation libre est emp√™ch√©e (par exemple quand un couple est appliqu√© √† un  extr√©mit√© d'un fil ou d'un cylindre m√©tallique dont l'autre extr√©mit√© est fixe), on provoque une d√©formation du corps, appel√©e effet de torsion. Le couple de forces impliqu√© dans ce ph√©nom√®ne prend alors le nom de couple de torsion.

Forces inertielles

L'étude des interactions entre corps ou systèmes matériels a été envisagée jusqu'ici seulement dans le cadre de référentiels galiléens. L'étude des phénomènes dynamiques dans le cadre de référentiels non-galiléens conduit à introduire un type particulier de forces, les forces d'inertie ou forces inertielles.

Les forces inertielles sont qualifiées de forces fictives par oppositions aux forces qui ont une origine physique, et qui sont dites réelles. Toutes les forces sont réelles lorsqu'elles leur action est observable dans un référentiel galiléen (seul juge de paix habilité en cette matière!), ce qui signifie, de manière équivalente, que dans un tel référentiel les lois de Newton ont les formes simples données ci-dessus. Les forces fictives surviennent quand qu'un observateur se trouve dans référentiel accéléré, soit qu'il subisse une accélération rectiligne, soit que sa trajectoire soit curviligne (un cas particulier étant ici un mouvement circulaire uniforme).

Cas d'un référentiel en mouvement rectiligne accéléré.
Imaginons un corps mat√©riel S l√Ęch√© (c'est-√† dire libre de tout contact) dans un ascenseur A en chute libre. 

Vus depuis le sol (consid√©r√© en premi√®re approximation comme un r√©f√©rentiel galil√©en), l'objet et l'ascenceur chutent avec la m√™me acc√©l√©ration g (acc√©l√©ration de la pesanteur). On peut en d√©duire que l'un et l'autre subissent l'action d'une force, leur poids. C'est une force r√©elle et si l'on choisit maintenant comme r√©f√©rentiel celui qui est mat√©rialis√© par l'ascenceur, on ne fait pas dispara√ģtre cette force. 

Pourtant, le corps, tombant à la même vitesse à chaque instant que l'ascenseur, reste immobile par rapport à lui. Puisque, comme on vient de le dire, il subit une force vers le bas et que cette force ne modifie apparemment pas son état de mouvement, on est conduit à supposer qu'il existe une force particulière, de sens contraire et de même module, qui compense l'action de la gravitation (principe des actions réciproques). C'est cette force qui est qualifiée de force inertielle. Elle n'apparaissait pas dans le référentiel galiléen. Et c'est donc en ce sens qu'on peut parler de force fictive.

Cas d'un référentiel en mouvement circulaire uniforme.
Voyons maintenant ce qui se passe si l'on consid√®re les forces qui agissent sur un corps mat√©riel pos√© sur le plateau d'un man√®ge en rotation autour d'un axe vertical. (La situation serait la m√™me, par exemple, dans le cas d'une pierre acc√©l√©r√©e par une fronde, ou la masse accroch√©e √† l'extr√©mit√© d'un c√Ęble lors de l'√©preuve du lancer de marteau). Dans un premier temps, le corps sera suppos√© fix√© au plateau (autrement dit au repos dans le r√©f√©rentiel mat√©rialis√© par ce plateau); dans un second temps, on supposera que le corps est lib√©r√© de ce plateau. On fera abstraction des forces de friction, et, les mouvement √©tudi√©s dans le cas du man√®ge s'effectuant sur un plan horizontal, on fera aussi abstraction du poids du corps. 

L'√©tude purement cin√©matique du mouvement circulaire (ou curviligne) du corps fix√© au plateau du man√®ge demande de pr√©ciser la distance r de l'objet au centre de sa trajectoire (ou le rayon de courbure de cette trajectoire), et sa vitesse v mesur√©e sur la tangente du point o√Ļ il se trouve. Il appara√ģt alors deux  composantes dans son acc√©l√©ration :

‚ÄĘ une acc√©l√©ration tangentielle de module T = dv/dt, qui est nulle dans le cas d'un mouvement circulaire uniforme. 

‚ÄĘ une acc√©l√©ration normale ( = orthogonale √† la pr√©c√©dente) dont le module est :

N = v²/r
Si l'on note que v= r. (relation entre la vitesse angulaire et la vitesse tangentielle), on peut aussi écrire :
N = r.²
Sur le plan dynamique, l'existence d'une acc√©l√©ration normale, constat√©e dans le r√©f√©rentiel galil√©en, exprime l'action d'une force centrip√®te (r√©elle) s'exer√ßant sur A. L'application de la deuxi√®me loi de Newton lui donne pour expression : FN = m. N . (Le corps est sous l'action d'une force similaire √† celle qu'exerce la tension d'une fronde sur la pierre qu'elle va servir √† lancer ou celle du marteau sur son c√Ęble).

Pour un observateur li√© au r√©f√©rentiel mat√©rialis√© par le plateau. La force centrip√®te que l'on vient d'√©voquer reste r√©elle (elle joue un r√īle analogue √† celui de la pesanteur dans le cas de l'ascenceur en chute libre). Mais l'immobilit√© de l'objet dans ce r√©f√©rentiel implique l'existence d'une autre force √©gale et oppos√©e √† la force centrip√®te : cette force centrifuge est engendr√©e par l'inertie que les corps opposent aux changements de direction. Cette force inertielle est encore une force fictive puisqu'elle est absente dans un r√©f√©rentiel galil√©en.

N'√©tant qu'une expression de l'inetie, la force centrifuge dispara√ģt d√®s que la force centrip√®te n'est plus exerc√©e. Ainsi, un mobile, contraint de tourner selon un mouvement circulaire uniforme par l'existence d'une ligature, est soumis √† la force centrifuge, mais, si la ligature casse ou cesse d'agir d'une mani√®re ou d'une autre (jet de fronde, lancer de marteau), le corps poursuit selon un mouvement rectiligne uniforme (toujours en  n√©gligeant la friction de l'air et la pesanteur). Sa vitesse est alors, en sens et en module, √©gale √† la vitesse tangentielle qu'il poss√©dait √† l'instant de sa lib√©ration.
Le cas du mouvement orbital.
Le cas dans lequel le r√©f√©rentiel consid√©r√© est mat√©rialis√© par un v√©hicule spatial en orbite (suppos√©e circulaire en premi√®re approche) autour la Terre, permet de synth√©tiser ce que l'on a vu dans les cas o√Ļ le r√©f√©rentiel √©tait mat√©rialis√© par un ascenseur en chute libre ou un plateau de man√®ge en rotation.

Le mouvement circulaire s'explique par le fait que, quelle que sa sa position sur son orbite, le v√©hicule spatial est soumis √† une force centrip√®te : l'attraction gravitationnelle, toujours dirig√©e vers le centre de masse de la Terre. 

Soumis √† la force d'attraction de la Terre, le v√©hicule spatial, sur lequel ne s'exerce aucune autre force, est √† proprement parler en chute libre. Sa situation est comparable √† celle de l'ascenceur √† ceci pr√®s que a vitesse de l'ascenseur par rapport √† la Terre n'a pas de composante horizontale : il tombe verticalement et finit pas s'√©craser au sol. Le v√©hicule spatial, lui, est anim√© d'une vitesse tangentielle et cette vitesse est suffisament importante (compar√©e √† celle, verticale, que lui imprime l'acc√©l√©ration de la pesanteur) pour qu'il ¬ę manque¬Ľ sans cesse le sol : le mouvement orbital est une chute libre perp√©tuelle.

Puisque, comme dans le cas d'un corps √† l'int√©rieur de l'ascenseur, un corps √† l'int√©rieur du v√©hicule spatial sera soumis √† la m√™me acc√©l√©ration de la pesanteur que le v√©hicule spatial lui-m√™me. Ce que pourra s'interpr√©ter en disant qu'une force inertielle (centrifuge) compense la force r√©elle (centrip√®te) de gravitation. Dans le langage courant, on d√©crit cette situation en parlant d'apesanteur ou d'impesanteur. On remarquera cependant qu'ils sont assez inappropri√©s, dans la mesure o√Ļ ils sugg√®rent trompeusement que la gravitation n'existe plus dans ces conditions. Or, la force d'attraction gravitationnelle est d√©finie par l'acc√©l√©ration de la pesanteur au lieu o√Ļ se trouve le corps consid√©r√© et par la masse de ce corps : elle ne d√©pend donc en rien de son mouvement ou du r√©f√©rentiel dans lequel on envisage ce mouvement. 
La force de Coriolis.
On vient de voir que lorsqu'on considère un corps au repos dans un référentiel non-inertiel, il fallait introduire une force fictive, la force centrifuge, pour expliquer son état de mouvement. Si maintenant on considère que ce corps est en translation dans ce référentiel, une force fictive supplémentaire doit être invoquée afin que la deuxième loi de Newton puisse encore être utilisée. Cette seconde force, appelée force complémentaire ou de Coriolis (du nom du physicien Gustave-Gaspard Coriolis), est perpendiculaire à la fois à l'axe de rotation du référentiel et à la trajectoire du corps en mouvement,

La Terre, en rotation sur elle-m√™me, ne peut pas mat√©rialiser un r√©f√©rentiel galil√©en, ou alors seulement de fa√ßon approximative dans la mesure o√Ļ l'on peut consid√©rer sa vitesse de rotation comme lente. Il existe cependant de nombreux cas o√Ļ les cons√©quences de de rotation doivent √™tre consid√©r√©es. L'enroulement des perturbations atmosph√©riques est la cons√©quence du caract√®re non-inertiel de la Terre. Cet enroulement concerne des masses d'air circulant d'une r√©gion de hautes pressions √† une r√©gion de basse pressions. (Le m√™me type d'enroulement s'observe avec les courants oc√©aniques qui sont des masses d'eau circulant entre une r√©gion chaude et une r√©gion froide).

Dans un r√©f√©rentiel galil√©en, un tel d√©placement se ferait en ligne droite; l'enroulement est caus√© par l'action de la force de Coriolis. La rotation de la Terre qui l'emp√™che d'√™tre pr√©cis√©ment un r√©f√©rentiel galil√©en explique aussi qu'un corps en chute libre en principe verticale  comme celle de  l'ascenseur √©voqu√© plus haut, lui imprime une petite d√©viation vers l'Est. La force de Coriolis explique aussi la direction des aliz√©s, qui soufflent du nord-est dans l'h√©misph√®re nord, et du sud-est dans l'h√©misph√®re sud, ou encore la plus grande √©rosion dans l'h√©misph√®re Nord de la rive droite des fleuves, et m√™me l'usure accrue du rail de droite dans le sens de la circulation des trains sur les voies ferr√©es, etc. 

Les quatre forces fondamentales

Selon les conceptions actuelles, tous les phénomènes naturels peuvent se ramener en dernière analyse à l'action de seulement quatre forces fondamentales, qui définissent quatre types d'interactions fondamentales (force et interaction sont ici des termes interchangeables). Par ordre d'intensité intrinsèque décroissante, les forces fondamentales sont : la force nucléaire forte, la force électromagnétique, la force nucléaire faible et la force gravitationnelle.

D'un point de vue théorique, comme on l'a vu plus haut en évoquant le théorie de Yukawa, ces forces sont portées par des particules élémentaires fondamentales, appelées bosons de jauge, bosons de champ ou encore bosons porteurs de forces. Une interaction entre deux particules de matière s'explique par l'échange de tels bosons, dont l'existence ne peut être observé directement (on décrit alors ces particules comme des particules virtuelles).

La force nucléaire forte.
La force nucléaire forte est responsable de la liaison des protons et des neutrons dans les noyaux atomiques, et à une échelle plus fondamentale de la liaison entre les particules qui constituent les nucléons. La force nucléaire forte est une force attractive qui n'agit (très fortement) que sur de très courte distances (environ 10-15 m). Elle est négligeable pour des distances de séparation entre nucléons supérieures à la taille du noyau atomique. Toutes les particules ne sont pas sensibles à la force nucléaire forte; par exemple, les électrons et les neutrinos n'en sont pas affectés.

‚ÄĘ La force nucl√©aire forte qui agit √† l'√©chelle des nucl√©ons, est en r√©alit√© l'expression att√©nu√©e d'une force qui agit d'abord √† l'√©chelle des quarks. Les quarks √©tant les constituants des nucl√©ons (et les autres particules qui forment ensemble la famille des hadrons). La force entre les nucl√©ons peut √™tre vaincue (on peut fractionner le noyau atomique), mais on n'est pas parvenu encore √† s√©parer les quarks li√©s par celle-ci. On donne aussi souvent √† la force nucl√©aire forte le nom de force de couleur. Sa th√©orie est la chromodynamique quantique
‚ÄĘ Il y a huit particules porteuses de la force forte : les gluons (plus leurs huit antiparticules). Les gluons sont des objets de masse nulle.
La force électromagnétique.
La force électromagnétique, qui unit les atomes et les molécules pour former la matière ordinaire, est au coeur des modèles de structure atomique et de liaison moléculaire. Elle intervient dans les phénomènes de friction, de tension et dans toutes les autres classes de forces que nous expérimentons quotidiennement (à l'exception notable de la gravitation). Cette force peut agir sur de très grandes distances (elle a une portée infinie) mais son intensité intrinsèque est cent fois inférieure à celle de la force forte. Elle n'affecte que les particules qui possèdent une propriété appelée la charge électrique. Dans la théorie classique de l'électricité statique (loi de Coulomb), la force électrique varie comme le produit des charges des particules en interaction, et comme l'inverse du carré des distances entre elles. Contrairement à la force forte, la force électromagnétique peut être attractive ou répulsive (les charges opposées s'attirent et les charges similaires se repoussent). La force magnétique dépend de manière plus compliquée des charges et de leurs mouvements. L'unification de la force électrique et magnétique en une seule force électromagnétique (une réalisation de James Clerk Maxwell) est l'une des plus grandes réalisations intellectuelles du XIXe siècle. Il a fallu attendre le début du XXe siècle pour que la relativité restreinte d'Einstein' permettent de comprendre la raison profonde de cette unité.
‚ÄĘ La force √©lectromagn√©tique, dont la th√©orie, √† l'√©chelle des particules, est l'√©lectrodynamique quantique, est port√©e par le photon () :  deux particules de mati√®re charg√©es √©lectriquement interagissent par l'√©change de photons virtuels. Le photon, qui est aussi sa propre antiparticule, est une particule sans masse. Cette absence de masse permet au photon de se propager √† la vitesse maximale dans le vide de c = 300-000 km/s (vitesse de la lumi√®re).
La force nucléaire faible.
La force nucl√©aire faible agit sur de tr√®s courtes distances (10-18 m) et, comme son nom l'indique, est tr√®s faible compar√©e aux deux forces pr√©c√©dentes. Son intensit√© intrins√®que est √† peu pr√®s 10-13 fois celle la force nucl√©aire forte. La force faible se manifeste notamment dans les d√©sint√©grations des particules √©l√©mentaires et dans les interactions faisant intervenir les neutrinos. Le neutron, par exemple, peut se d√©sint√©grer en un proton, un √©lectron et un (anti) neutrino par la force faible. Le fait qu'elle n'intervienne que dans des ph√©nom√®nes si particuliers et que son intensit√© soit si petite pourrait laisser penser que cette force joue un r√īle mineur dans la nature. En r√©alit√©, elle est d'une importance vitale car elle est essentielle pour comprendre la nucl√©osynth√®se stellaire (le processus qui cr√©e de nouveaux noyaux atomiques dans le coeur des √©toiles) : la mati√®re dont est fait le monde qui nous entoure et, partant, celle dont nous sommes constitu√©s, n'aurait pu exister sans la force nucl√©aire faible.
‚ÄĘ Le force faible, r√©unie √† l'√©lectromagn√©tisme dans le cadre de la th√©orie √©lectrofaible, est m√©di√©e par trois particules, appel√©es bosons interm√©diaires ou bosons faibles. Deux de ces particules sont charg√©es √©lectriquement : le bosons  W+ et son antiparticule boson W-; la troisi√®me, le boson Z¬į , qui est comme le photon sa propre antiparticule, est neutre. 
‚ÄĘ Les deux bosons W¬Ī ont une masse de 80,39 x 103 MeV/c¬≤ et une dur√©e de vie de 1,6 x 10-25 s; le boson Z¬į a une masse de  91,19 x 103 MeV/c¬≤,  et une dur√©e de vie de1,32 x 10-25
‚ÄĘ Bien que la force nucl√©aire faible soit de tr√®s courte port√©e, ses effets sur les niveaux atomiques peuvent √™tre mesur√©s. Puisque les √©lectrons passent un certain temps dans le noyau, leurs √©nergies sont affect√©es et les spectres peuvent r√©v√©ler certains aspects de la force faible, et notamment r√©v√©ler l'existence de ses particules porteuses.
La force gravitationnelle.
Comme la force √©lectromagn√©tique, la force gravitationnelle peut agir sur des distances infiniment grandes; cependant, son intensit√© intrins√®que rapport√©e √† celle de la force forte est de l'ordre de 10-38. Dans la th√©orie classique de la gravitation de Newton, la force de d'attraction entre particules massives varie comme le produit des masses des particules en interaction et comme l'inverse du carr√© de la distance. La masse joue ici un r√īle similaire √† celui de la charge √©lectrique dans cas de l'√©lectromagn√©tisme. Mais la masse ayant toujours une valeur positive, la gravitation est une force toujours attractive. Dans les th√©ories modernes de la gravitation (relativit√© g√©n√©rale), cette mani√®re d'envisager la force de gravitation  n'est acceptable (en termes de calculs num√©riques) que pour les interactions macroscopiques √† basse √©nergie. A tr√®s haute √©nergie ou √† tr√®s petite √©chelle, la gravitation exprime la courbure de l'espace-temps due √† la pr√©sence de mati√®re-√©nergie. 
‚ÄĘ  Il s'ensuit que la gravitation est, des quatre forces fondamentales, la plus difficile √† comprendre √† l'√©chelle quantique. Les th√©ories capables de rendre compte de la gravitation en termes quantiques sont encore en cours d'√©laboration. Elles envisagent comme particule m√©diatrice de cette force une particule de masse nulle, le graviton.
‚ÄĘ  Dans les conditions ordinaires (celles de l'univers actuel et m√™me celles cr√©es par les acc√©l√©rateurs de particules) la gravitation est trop faible pour avoir un impact notable sur les processus qui affectent les particules √©l√©mentaires. Et si elle est bien sensible √† notre √©chelle (et encore davantage √† l'√©chelle astronomique), il convient de se rappeler, par exemple, que pour justifier la chute d'un seule goutte de pluie, il ne faut pas impliquer moins que la masse totale de la Terre.
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