Lois de Newton
(1642 – 1727)
I- Première loi de Newton : le principe d'inertie 1) Solide isolé – solide pseudo-isolé
Un solide est isolé s'il n'est soumis à aucune force de la part de l'extérieur. C'est un cas théorique.
Un solide est automatiquement soumis à une force gravitationnelle (sur la Terre, c'est le poids).
Un solide est pseudo-isolé lorsque la somme vectorielle des forces qui lui sont appliquée est nulle.
F1F2F3...=0 soit
∑
F=0Exemple : le mobile autoporteur à coussin d’air. Il est soumis :
- aux forces de pesanteur dont la résultante est appelée poids P.
- aux forces du coussin d’air sur sa face inférieure dont la résultante sera appelée réaction R du coussin d’air Lorsque le mobile est au repos, ces forces ne le mettent pas en mouvement : elles se compensent : PR=0
Lorsque le solide est en mouvement, l’action du coussin d’air annule les frottements avec la table.
– si la vitesse est faible, la résistance de l’air est négligeable : le mobile est pseudo-isolé : PR=0.
– si la vitesse est grande, la résistance de l’air n'est pas négligeable : le solide n’est pas pseudo-isolé : PRRair≠0 2) Enoncé du principe d'inertie
Dans un référentiel galiléen, si le vecteur vitesse du centre d’inertie d’un système ne varie pas, la somme des forces extérieures qui agissent sur le système est nulle.
Et réciproquement, dans un référentiel galiléen, si la somme des forces extérieures qui agissent sur le système est nulle alors le vecteur vitesse du centre d'inertie ne varie pas.
Ce qu'on peut traduire par : dans un référentiel galiléen, vG=cte ⇔
∑
Fext=0Rq : - les systèmes auxquels on peut appliquer le principe d'inertie sont les solides isolés ou pseudo-isolés.
- vG=cte revient à dire que le centre d'inertie est immobile ou qu'il a un mouvement rectiligne uniforme.
Contrairement à ce qu'on croyait avant Newton, un solide peut donc se déplacer bien que la somme des forces appliquées à ce solide soit nulle. Le véritable opposition n'est pas entre mouvement et repos mais entre mouvement rectiligne uniforme (le repos n'est qu'un cas particulier) et les autres types de mouvement.
3) Référentiel galiléen
Un référentiel dans lequel le principe d'inertie est vérifié est dit galiléen.
Tous les référentiels en mouvement de translation rectiligne et uniforme par rapport à un référentiel Galiléen sont eux-mêmes Galiléens.
Exemples de référentiels considérés comme galiléens pour le programme de 1ère S :
– référentiel héliocentrique (solide formé par les centres du Soleil et de trois autres étoiles fixes)
– référentiel géocentrique (solide formé par les centres de la Terre et de trois étoiles fixes)
– référentiel terrestre (pour des expériences dont la faible durée n'excède pas quelques minutes)
Exemple de référentiel non galiléen : on place la table à coussin d'air sur un chariot que l'on agite alors que le mobile se déplace. Le « chariot agité » est un référentiel non-galiléen.
II- Deuxième loi de Newton (aspect semi-quantitatif) pour l'énoncé complet, il faudra attendre la terminale ...
Dans un référentiel galiléen, si le vecteur vitesse vG du centre d’inertie G d’un solide varie, la somme des forces extérieures qui s’exercent sur le solide n’est pas nulle. Sa direction et son sens sont ceux de la variation
vG de vG entre deux instants proches.
Rq : les systèmes auxquels on peut appliquer la deuxième loi de Newton sont les solides non pseudo-isolés.
III- Troisième loi de Newton : principe des actions réciproques
Lorsqu’un corps A exerce une force sur un corps B notée FA/B alors le corps B exerce une force sur le corps A notée FB/A . Quelque soit l'état de mouvement de A par rapport à B, ces forces ont même droite d’action, même valeur et des sens contraires. FA/B=−FB/A
