Chapitre 4 :

LES LOIS DE NEWTON

I. PREMIERE LOI DE NEWTON :

Depuis Aristote, on pensait q’une force était nécessaire pour maintenir constante la vitesse d’un mobile. C’est Galilée qui émit l’hypothèse, à la fin du XVI° siècle, que le mouvement d’un mobile pouvait se perpétuer en l’absence de force. (Exemple : le curling)

1.1. Enoncé du Principe de l’inertie vidéo:

Lorsqu’un solide est soumis à des forces extérieures qui se compensent (solide isolé ou pseudo-isolé), le vecteur vitesse _G de son centre d’inertie ne varie pas :

Réciproquement, si le vecteur vitesse ne varie pas, alors la somme des forces extérieures qui s’exercent sur le solide est nulle :

1.2. Exemple :

On lance un mobile auto-porteur sur une table horizontale. On obtient l’enregistrement suivant :

Le centre d’inertie du palet décrit un mouvement rectiligne uniforme. Le palet est soumis à son poids P et à la réaction de la table R. La table étant horizontale et les frottements négligeables, les forces se compensent. Soit :

On constate que le vecteur vitesse du centre d’inertie est constant.

1.3. Référentiels galiléens :

Si on place la table à coussin d’air sur un chariot et que l’on lance le palet en déplaçant la table, alors le vecteur vitesse n’est plus constant. Dans ce cas, la trajectoire du centre d’inertie du palet est enregistré dans le référentiel lié au chariot qui est en mouvement par rapport au référentiel terrestre.

Les référentiels dans lesquels le Principe de l’inertie est applicable sont appelés galiléens.

Les référentiels terrestre, héliocentrique (étude du mouvement des planètes) et géocentrique (étude du mouvement des satellites) sont considérés comme galiléen. Exemple vidéo.

II. DEUXIEME LOI DE NEWTON :

Enoncé de la deuxième loi de Newton vidéo:

Dans un référentiel galiléen, si le vecteur vitesse _G du centre d’inertie varie, alors la somme des forces extérieures qui s’exercent sur le solide n’est pas nulle. La direction et le sens de sont ceux de la variation du vecteur _G du centre d’inertie du solide, entre deux instants très proches.

III. TROISIEME LOI DE NEWTON :

3.1. Enoncé du principe d’ interactions vidéo:

Lorsqu’un corps A exerce sur un corps B une action mécanique modélisée par la force F_A/B alors le corps B exerce sur le corps A une action mécanique modélisée par la force F_B/A .

Ces deux forces, qui constituent l’interaction, ont, quel que soit l’état de mouvement de A par rapport à B :

- la même droite d’action,

- des sens opposés,

- la même valeur : F_A/B = F_B/A

Ces 2 forces sont opposées :

3.2. Application à la propulsion :

· Marche et frottement :

Le pied du marcheur (M) appui sur le sol (S) vers le bas et vers l’arrière : il exerce une force F_M/S. Le sol exerce sur le marcheur une force F_S/M directement opposée. Si on néglige l’action de l’air, (M) est soumis à son poids P et à la force R = F_S/M exercée par le sol, dirigée vers le haut et vers l’avant.

La composante R_N empêche le pieds de s’enfoncer dans le sol. La composante R_T propulse le marcheur vers l’avant. Cette composante n’existe que si les surfaces en contact sont rugueuses : les forces de frottement servent à la propulsion du marcheur.

· Rôle des roues motrices dans le cas d’une moto :

Les composantes orthogonales au sol : N₁ et N₂ compensent le poids de la moto et empêchent les roues de s’enfoncer dans le sol.

Les composantes tangentielles : ces forces n’existent que s’il y a des frottements entre la roue et le sol. R_2T permet à la roue avant de tourner, mais s’oppose au mouvement. R_1T est dirigée dans le sens du mouvement : c’est la force motrice.