Programme

Physique-Chimie (Spé) — Mouvement et interactions

Les lois de Newton

Inertie, PFD (F=ma), action-réaction, applications aux mouvements

Résumé synthétiqueFiche en 4 sectionsQuiz de 15 questionsGratuit, sans pub

Résumé

Publiées par Newton en 1687 dans les Principia, les trois lois sont le socle de la mécanique classique : elles décrivent et prédisent le mouvement de tout objet macroscopique. La 1re loi (principe d'inertie) : dans un référentiel galiléen, si $\Sigma \vec{F} = \vec{0}$, le système est immobile ou en mouvement rectiligne uniforme (MRU) — et réciproquement. La 2e loi (principe fondamental de la dynamique, PFD) : $\Sigma \vec{F} = m\vec{a}$ — l'accélération a même direction et même sens que la force résultante, et son intensité est d'autant plus faible que la masse est grande. La 3e loi (actions réciproques) : si $A$ exerce $\vec{F}_{A/B}$ sur $B$, alors $\vec{F}_{B/A} = -\vec{F}_{A/B}$ — même droite d'action, même intensité, sens opposés, mais s'exerçant sur des objets différents (elles ne s'annulent jamais). De ces lois découlent tous les mouvements types : MRU ($\Sigma \vec{F} = \vec{0}$), chute libre ($a = g = 9{,}81\ \mathrm{m/s^2}$, indépendante de la masse), tir parabolique, et mouvement circulaire d'un satellite (la gravitation fournit l'accélération centripète). La méthode est toujours la même : système, référentiel, bilan des forces, PFD, projection, résolution.

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Questions fréquentes

Les points clés à retenir sur Les lois de Newton, extraits du quiz de révision.

La 1re loi de Newton dit que sans force résultante :
Réponse :
L'objet reste immobile ou en MRU
Le principe d'inertie : si $\Sigma \vec{F} = \vec{0}$, l'objet conserve son mouvement — immobile ou en MRU (vitesse constante en ligne droite). C'est contre-intuitif car au quotidien les frottements (qui sont des forces) arrêtent les objets.
$\Sigma \vec{F} = m\vec{a}$. Si $m = 2\ \mathrm{kg}$ et $a = 3\ \mathrm{m/s^2}$, alors $F$ vaut :
Réponse :
$6\ \mathrm{N}$
PFD : $F = m\,a = 2 \times 3 = 6\ \mathrm{N}$. Le newton est défini par $1\ \mathrm{N} = 1\ \mathrm{kg\cdot m/s^2}$ : une force de $6\ \mathrm{N}$ sur $2\ \mathrm{kg}$ donne $3\ \mathrm{m/s^2}$.
La 3e loi de Newton concerne :
Réponse :
Deux objets en interaction
Le principe des actions réciproques met en jeu deux objets : si $A$ exerce une force sur $B$, alors $B$ exerce sur $A$ une force de même intensité et de sens opposé. Ces forces s'exercent sur des objets différents, donc ne s'annulent pas pour un même système (la Terre attire la pomme, la pomme attire la Terre).
L'accélération a la même direction que :
Réponse :
La somme des forces $\Sigma \vec{F}$
PFD : $\Sigma \vec{F} = m\vec{a}$ avec $m > 0$, donc $\vec{a}$ a même direction et même sens que $\Sigma \vec{F}$. Attention : $\vec{a}$ n'a pas forcément la direction de $\vec{v}$ ! Dans un mouvement circulaire, $\vec{a}$ est centripète (vers le centre) alors que $\vec{v}$ est tangente.