5.S : Les lois du mouvement de Newton (résumé)
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Termes clés
| dynamique | étude de la façon dont les forces influent sur le mouvement des objets et des systèmes |
| force externe | force agissant sur un objet ou un système qui provient de l'extérieur de l'objet ou du système |
| force | pousser ou tirer sur un objet avec une amplitude et une direction spécifiques ; peut être représenté par des vecteurs ou exprimé sous la forme d'un multiple d'une force standard |
| chute libre | situation dans laquelle la seule force agissant sur un objet est la gravité |
| diagramme du corps libre | croquis montrant toutes les forces externes agissant sur un objet ou un système ; le système est représenté par un point isolé unique et les forces sont représentées par des vecteurs s'étendant vers l'extérieur à partir de ce point |
| Loi de Hooke | dans un ressort, une force de rappel proportionnelle au déplacement imposé et dans la direction opposée |
| inertie | capacité d'un objet à résister aux changements de son mouvement |
| référentiel inertiel | un repère se déplaçant à vitesse constante par rapport à un repère inertiel est également inertiel ; un repère accélérant par rapport à un repère inertiel n'est pas inertiel |
| loi d'inertie | voir la première loi du mouvement de Newton |
| force externe nette | somme vectorielle de toutes les forces externes agissant sur un objet ou un système ; provoque l'accélération d'une masse |
| newton | Unité de force SI ; 1 N est la force nécessaire pour accélérer un objet d'une masse de 1 kg à une vitesse de 1 m/s 2 |
| La première loi du mouvement de Newton | le corps au repos reste au repos ou, s'il est en mouvement, reste en mouvement à vitesse constante à moins qu'il ne soit soumis à une force externe nette ; également connue sous le nom de loi d'inertie |
| La deuxième loi du mouvement de Newton | l'accélération d'un système est directement proportionnelle et dans la même direction que la force externe nette agissant sur le système et est inversement proportionnelle à sa masse |
| Troisième loi du mouvement de Newton | chaque fois qu'un corps exerce une force sur un second corps, le premier corps subit une force d'intensité égale et de direction opposée à la force qu'il exerce |
| force normale | force supportant le poids d'un objet, ou d'une charge, perpendiculaire à la surface de contact entre la charge et son support ; la surface applique cette force à un objet pour supporter le poids de l'objet |
| tension | force de traction qui agit le long d'un connecteur flexible étiré, tel qu'une corde ou un câble |
| poussée | force de réaction qui pousse un corps vers l'avant en réponse à une force dirigée vers l'arrière |
| poids | force\(\vec{w}\) due à la gravité agissant sur un objet de masse m |
Équations clés
| Force externe nette | $$ \ vec {F} _ {net} = \ sum \ vec {F} = \ vec {F} _ {1} + \ vec {F} _ {2} + \ ldots$$ |
| La première loi de Newton | $$ \ vec {v} = constante \ ; lorsque \ ; \ vec {F} _ {net} = \ vec {0} \ ; N$$ |
| Deuxième loi de Newton, forme vectorielle | $$ \ vec {F} _ {net} = \ somme \ vec {F} = m \ vec {a} $$ |
| Deuxième loi de Newton, forme scalaire | $$ \ vec {F} _ {net} = ma$$ |
| Deuxième loi de Newton, forme des composants | $$ \ sum \ vec {F} _ {x} = m \ vec {a} _ {x}, \ sum \ vec {F} _ {y} = m \ vec {a} _ {y}, \ sum \ vec {F} _ {z} = m \ vec {a} _ {z} $$ |
| Deuxième loi de Newton, la forme de l'impulsion | $$ \ vec {F} _ {net} = \ frac {d \ vec {p}} {dt} $$ |
| Définition du poids, forme vectorielle | $$ \ vec {w} = m \ vec {g} $$ |
| Définition du poids, forme scalaire | $$w = mg$$ |
| Troisième loi de Newton | $$ \ vec {F} _ {AB} = - \ vec {F} _ {BA} $$ |
| Force normale exercée sur un objet reposant sur une surface horizontale, forme vectorielle | $$ \ vec {N} = -m \ vec {g} $$ |
| Force normale exercée sur un objet reposant sur une surface horizontale, forme scalaire | $N = mg$$ |
| Force normale exercée sur un objet reposant sur un plan incliné, forme scalaire | $$N = mg \ cos \ théta$$ |
| Tension dans un câble supportant un objet de masse m au repos, forme scalaire | $T = w = mg$$ |
Résumé
5.1 Forces
- La dynamique est l'étude de la manière dont les forces affectent le mouvement des objets, tandis que la cinématique décrit simplement la façon dont les objets se déplacent.
- La force est une poussée ou une traction qui peut être définie en fonction de différentes normes, et c'est un vecteur qui a à la fois une amplitude et une direction.
- Les forces extérieures sont toutes les forces extérieures qui agissent sur un corps. Un diagramme du corps libre est un dessin de toutes les forces externes agissant sur un corps.
- L'unité de force SI est le newton (N).
5.2 Première loi de Newton
- Selon la première loi de Newton, tout changement de vitesse (changement d'amplitude ou de direction) doit avoir une cause. Cette loi est également connue sous le nom de loi d'inertie.
- La friction est une force externe qui ralentit un objet.
- L'inertie est la tendance d'un objet à rester au repos ou à rester en mouvement. L'inertie est liée à la masse d'un objet.
- Si la vitesse d'un objet par rapport à une image donnée est constante, alors le cadre est inertiel. Cela signifie que pour un référentiel inertiel, la première loi de Newton est valide.
- L'équilibre est atteint lorsque les forces d'un système sont équilibrées.
- Une force nette nulle signifie qu'un objet est soit au repos, soit qu'il se déplace à vitesse constante, c'est-à-dire qu'il n'accélère pas.
5.3 Deuxième loi de Newton
- Une force externe agit sur un système depuis l'extérieur du système, par opposition aux forces internes qui agissent entre les composants du système.
- La deuxième loi du mouvement de Newton indique que la force externe nette exercée sur un objet d'une certaine masse est directement proportionnelle à l'accélération de l'objet et dans la même direction que celle-ci.
- La deuxième loi de Newton peut également décrire la force nette comme le taux instantané de changement de moment. Ainsi, une force externe nette provoque une accélération non nulle.
5.4 Masse et poids
- La masse est la quantité de matière contenue dans une substance.
- Le poids d'un objet est la force nette exercée sur un objet qui tombe, ou sa force gravitationnelle. L'objet subit une accélération due à la gravité.
- Une certaine force de résistance aérienne vers le haut agit sur tous les objets qui tombent sur Terre, de sorte qu'ils ne peuvent jamais vraiment tomber librement.
- Il convient de distinguer soigneusement la chute libre de l'apesanteur en utilisant la définition du poids comme étant la force exercée par la gravité sur un objet d'une certaine masse.
5.5 Troisième loi de Newton
- La troisième loi du mouvement de Newton représente une symétrie fondamentale dans la nature, avec une force expérimentée égale en amplitude et de direction opposée à une force exercée.
- Deux forces égales et opposées ne s'annulent pas car elles agissent sur des systèmes différents.
- Les paires action-réaction comprennent un nageur poussant un mur, des hélicoptères créant de la portance en poussant de l'air vers le bas et une pieuvre se propulsant vers l'avant en éjectant de l'eau de son corps. Les fusées, les avions et les voitures sont poussés vers l'avant par une force de réaction de poussée.
- Le choix d'un système est une étape analytique importante pour comprendre la physique d'un problème et le résoudre.
5.6 Forces communes
- Lorsqu'un objet repose sur une surface, la surface applique à l'objet une force qui supporte le poids de l'objet. Cette force d'appui agit perpendiculairement à la surface et en s'éloignant de celle-ci. C'est ce qu'on appelle une force normale.
- Lorsqu'un objet repose sur une surface horizontale qui n'accélère pas, l'amplitude de la force normale est égale au poids de l'objet.
- Lorsqu'un objet repose sur un plan incliné formant un angle\(\theta\) avec la surface horizontale, le poids de l'objet peut être décomposé en composants agissant perpendiculairement et parallèlement à la surface du plan.
- La force de traction qui agit le long d'un connecteur flexible étiré, tel qu'une corde ou un câble, est appelée tension. Lorsqu'une corde supporte le poids d'un objet au repos, la tension de la corde est égale au poids de l'objet. Si l'objet accélère, la tension est supérieure au poids, et s'il décélère, la tension est inférieure au poids.
- La force de friction est une force subie par un objet en mouvement (ou un objet qui a tendance à se déplacer) parallèlement à l'interface opposée au mouvement (ou à sa tendance).
- La force développée dans un ressort obéit à la loi de Hooke, selon laquelle son amplitude est proportionnelle au déplacement et a un sens dans la direction opposée au déplacement.
- Les forces réelles ont une origine physique, tandis que les forces fictives se produisent parce que l'observateur se trouve dans un cadre de référence accéléré ou non inertiel.
5.7 Dessiner des diagrammes à corps
- Pour dessiner un diagramme de corps libre, nous dessinons l'objet qui nous intéresse, dessinons toutes les forces agissant sur cet objet et résolvons tous les vecteurs de force en composantes x et y. Nous devons dessiner un diagramme de corps libre distinct pour chaque objet du problème.
- Un diagramme du corps libre est un moyen utile de décrire et d'analyser toutes les forces qui agissent sur un corps afin de déterminer l'équilibre selon la première loi de Newton ou l'accélération selon la deuxième loi de Newton.