Mme GRISARD Physique B1 : Forces et mouvements CHAPITRE : . . . . . Lois de Newton Classe : 1ère S samedi 27 mai 2017 Objectifs : Connaître et appliquer les lois de Newton. Analyser un exemple où une force de frottement sert à la propulsion. I. Principe d’inertie Définition : Lorsque aucune force extérieure ne s’exerce sur un système, on dit que le système est isolé. Lorsque la somme vectorielle des forces qui s’exercent sur un système est égale au vecteur nul, on dit que le système est pseudo-isolé. Exercice 1 (sur poly) : On lance un mobile à coussin d’air de masse 400 g sur une table horizontale et on réalise l’enregistrement du mouvement de son centre d’inertie G. La durée entre deux positions successives de G est = 60 ms. Système étudié : mobile autoporteur ; référentiel : référentiel du laboratoire supposé galiléen. Bilan des forces agissant sur le système 1. Quelles forces agissent sur le mobile autoporteur ? 2. Représentez sur le schéma ci-contre ces forces sachant qu’elles ont la même intensité. Vecteur vitesse du centre d’inertie du système 3. Le mouvement du centre d’inertie est-il rectiligne ? Est-il uniforme ? Justifiez. 4. Que peut-on en déduire sur les caractéristiques du vecteur vitesse ? 5. Le mobile est-il pseudo-isolé ? Justifiez. Correction : 1. Le mobile est soumis à : Son poids P et à la réaction de la table R 2. Comparons ces deux forces : elles ont même direction et des sens opposé. La réaction est perpendiculaire au support car il n’y a pas de frottements. 3. La somme vectorielle de ces deux forces est nulle ; le mobile est donc pseudo-isolé. 4. L’ensemble des positions prises par G est une droite donc le mouvement est rectiligne. On remarque que la distance entre deux positions successives est constante donc le mouvement est uniforme. 5. Le vecteur vitesse garde la même direction, le même sens et la même valeur au cours du mouvement, donc c’est un vecteur constant. Première loi de Newton (dite : « Principe d’inertie ») : : Dans un référentiel galiléen, si la somme vectorielle des forces extérieures qui s’exercent sur un système matériel est nulle, alors son centre d’inertie est animé d’un mouvement rectiligne uniforme. Réciproquement, si le vecteur vitesse du centre d’inertie d’un système est un vecteur constant, alors la somme vectorielle des forces extérieures s’exerçant sur ce système est nulle. F 0 vG vecteur constant . Remarque : Le principe d’inertie permet de vérifier si le référentiel est galiléen ou non. Tout référentiel en translation rectiligne uniforme avec un référentiel galiléen est galiléen. Exemples : Le référentiel terrestre, le référentiel héliocentrique, le référentiel géocentrique, le référentiel du laboratoire sont considérés comme galiléens pour de courtes durées. Un manège qui tourne n’est pas un référentiel galiléen. 1 CHAPITRE : . . . . . Lois de Newton Mme GRISARD Physique B1 : Forces et mouvements Classe : 1ère S samedi 27 mai 2017 II. Loi du centre d’inertie Exercice 2 (sur poly) : On fixe le mobile autoporteur sur un axe fixe à l’aide d’un fil. On lance le mobile et on réalise l’enregistrement du mouvement circulaire. Système : mobile autoporteur ; Référentiel : référentiel supposé - terrestre N°4-Table horizontale-Echelle ms galiléen 2 Durée entre deux positions successives : = 60 ms. Sens du mouvement . 1. Le mouvement du centre d’inertie est-il rectiligne ? Est-il uniforme ? Justifiez. 2. Représentez les vecteurs vitesse pour les positions 4 et 6 du centre d’inertie du système. 3. Représentez le vecteur variation de vitesse v G 5. 4. Faites le bilan des forces extérieures qui agissent sur le système 5. En admettant que le poids du mobile et la réaction du coussin d’air ont la même norme, représentez-les sur le schéma ci-contre. 6. Vérifiez que v G 5 et la résultante des forces extérieures ont même direction et même sens. Deuxième loi de Newton (dite « loi du centre d’inertie ») : Dans un référentiel galiléen, entre deux instants très proches, si la résultante (somme vectorielle) de toutes les forces s’exerçant sur un solide n’est pas nulle, alors la variation du vecteur vitesse du centre d’inertie G de ce solide est colinéaire (même direction et même sens) à cette résultante. Réciproquement, si le vecteur vitesse vG du centre d’inertie varie, la somme vectorielle des forces qui s’exercent sur l’objet n’est pas nulle ; sa direction et son sens sont ceux de la variation de vG entre deux instants proches. 2 Mme GRISARD Physique B1 : Forces et mouvements CHAPITRE : . . . . . Lois de Newton Classe : 1ère S samedi 27 mai 2017 III. Principe des actions réciproques Troisième loi de Newton (dite « Principe des actions réciproques ») : Lorsqu’un système {A} exerce une force FAB sur un système {B}, le système {B} exerce au même instant sur {A} une force FBA . Ces deux forces ont même droite d’action, sens opposé et même valeur. Elles vérifient donc la relation : FBA FAB . Exemple : punaise enfoncée dans un mur. 3