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| Physique > Mécanique classique > Les forces |
| Les lois de Newton |
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connaît sous le nom de lois de Newton trois énoncés, le premier
est le principe d'inertie, déjà formulé par Galilée, le second, qui
est celui qui définit la force, est appelé la relation fondamentale de
la dynamique, le troisième est principe des
actions réciproques, dont
Huygens Première loi
de Newton : principe d'inertie.
• Il existe au moins un référentiel (appelé référentiel d'inertie ou référentiel galiléen) dans lequel tout corps tend à maintenir son état de repos ou de mouvement à vitesse constante ( = mouvement rectiligne uniforme), si la force résultante 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 ( 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 présentera moins d'inertie et sera plus affecté par les autres autres objets avec lesquels il pourrait être en interaction. Un objet avec une grande masse présentera une plus grande inertie et sera moins affecté par les autres objets. Deuxième loi de Newton : relation fondamentale de la dynamique. La deuxième loi de Newton, appelée aussi relation fondamentale de la dynamique, s'applique quelle que soit la résultante des forces considérée, que leur composante soit nulle ou non. Elle permet ainsi de calculer l'intensité d'une force en donnant enfin à cette grandeur physique une définition opérationnelle générale. • La relation fondamentale de la dynamique définit mathématiquement la force agissant sur un corps comme le taux de variation (dans le temps) de la quantité de mouvement de celui-ci : Comme le vecteur quantité de mouvement est défini par p = m.v (v étant le vecteur vitesse), on a :f = dp/dt dp/dt = d(m.v)/dt = v.dm/dt + m.dv/dt (dérivée d'un produit)La masse totale d'un système correctement défini est constante, mais rien n'assure que la masse de tel ou tel corps appartenant à ce système le soit (par exemple la masse totale d'une fusée qui diminue à mesure qu'elle consomme son carburant, et seule la somme de la masse de la fusée et celle du carburant consommé est constante). Si la masse de la partie du système que l'on considère varie, la relation fondamentale de la dynamique doit être utilisée dans sa forme la plus générale. En revanche, dans le cas où la masse du corps (ou du système matériel) sur lequel s'applique la force peut bien être considérée comme constante, on a-: dm/dt = 0, et l'expression du vecteur force peut être simplifiée. Elle se réduit à : f = m.dv/dtAutrement dit la force f qui s'exerce sur le corps est proportionnelle à l'accélération f = m.Une formulation alternative de la relation fondamentale de la dynamique peut alors être-: • L'accélération d'un système est directement proportionnelle et dans le même sens que la force externe nette agissant sur le système, et inversement proportionnelle à sa masse (L'unité de force. On a dit que l'unité de force dans le Système international de mesures (système SI) est le newton (N). Cette unité peut être définie grâce à la deuxième loi de Newton f = m. La force est dès lors une grandeur vectorielle de dimensions M.L.T-2. Le
poids et la force gravitationnelle.
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 à une accélération constante g, appelée accélération de la pesanteur. L'application de la deuxième loi de Newton permet de mettre g en relation avec le poids P de ce corps en écrivant : P = m.g Le poids et l'accélération de la pesanteur sont des vecteurs dirigés vers le centre de la Terre (ou de l'astre considéré). On a dit que dans la physique newtonienne, la masse est considérée comme constante quel que soit l'état de mouvement de ce corps (et le référentiel dans lequel cet état est mesuré). Il n'en va pas de même du poids (la force d'attraction exercée par la Terre est fonction du lieu où elle est mesurée : elle dépend de la distance à son centre de masse et d'autres facteurs) et, partant, de l'accélération de la pesanteur. L'accélération de la pesanteur ne peut être considérée comme constante que dans un espace relativement réduit. Dans les calculs ordinaires, on adopte pour le module de g la valeur : g = 9,806 65 m.s-² 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.
• Si une force F1 est exercée par un système B sur un système A, le système A réagit sur B en exerçant sur lui une force F2 avec une force d'égale intensité mais dans la direction opposée : 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 troisième loi de Newton traduit une certaine symétrie dans la nature : les forces se produisent toujours par paires, et un corps ne peut pas exercer une force sur un autre sans éprouver lui-même une force.
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