chap5-lois_de_newton_2s

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2S Cours Physique
Chap5 : Les 3 LOIS de NEWTON et le mouvement d’un solide
Dans le chapitre précédent, nous avons appris reconnaître les différentes forces qui peuvent s’appliquer sur des solides. Nous
allons ici préciser les relations entre ces forces et le mouvement d’un solide sur lequel elles s’appliquent.
I. Historique : Aristote, Galilée et Newton
Partons de 3 constats :
- pour faire avancer un vélo, il est nécessaire de pédaler continuellement,
- de même, des chiens de traineau doivent fournir un effort permanent pour
maintenir constante la vitesse du traîneau,
- enfin, on doit exercer une action constante sur une brouette pour la faire avancer.
Ces cas simples ont amené Aristote à penser qu’une action permanente était nécessaire
pour maintenir l’uniformité d’un mouvement (vitesse constante).
Aristote
Galilée
Pourtant, un patineur (ou un rollerman), lancé, conserve un mouvement uniforme si la glace (ou la route) est très lisse, et ceci
sans exercer de force motrice… C’est donc l’absence de force qui est nécessaire pour maintenir l’uniformité d’un mouvement.
En tout cas, c’est ce que pensait Galilée à la fin du 16ème siècle.
Représenter le sens du
mouvement pour chaque
balle et dessiner les forces
qui s’exercent sur chaque
balle (on négligera les
frottements de l’air).
Commençons donc tout de suite par une règle qui évitera de nombreuses confusions :
Règle n° zéro : il n’y a (a priori) AUCUN RAPPORT entre les …………………..… exercées sur un solide et le
…………….. de son mouvement.
II. Systèmes mécaniques, forces intérieures et extérieures
1. Définitions
Nous appellerons ………………………………… l’objet ou l’ensemble des objets auxquels on s’intéresse.
Tout ce qui n’appartient pas au système constitue ……………………………..
Rem : le {système} est noté entre crochets lors de l’étude d’un problème.
Les forces ………………………………… sont des forces exercées par l’extérieur sur le système.
Les forces ………………………………… sont des forces qui s’exercent entre les différentes parties du système.
Alors qui a raison ?
C’est Isaac Newton qui
répondra de façon claire au
milieu du 17ème siècle en
fondant la mécanique.

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2. Exemples
Exo 1 :
1) Quelles sont les 3 forces extérieures
exercées sur l’arc, c’est-à-dire sur le système
{bois + corde} ?
Utiliser la notation
receveurauteur
F/
avec les
lettres c, b et h.
2) Représenter proprement ces forces.
3) Quelles sont les 4 forces intérieures
exercées sur l’arc, c’est-à-dire sur le système
{bois + corde} ?
Utiliser la notation
receveurauteur
F/
avec les
lettres c, b et h.
4) Représenter proprement ces forces.
Forces extérieures
Forces intérieures
III. Quelques définitions…
1. Centre d’inertie (cdi) d’un solide
Animations : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/CentreIinertie.swf
http://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/lycee/premiere_1S/trajectoire_centre_inertie.htm
a) Définition
On appelle ……………………………………….. d'un solide en mouvement le point de ce solide dont le mouvement est le
plus ……………………. On le note ………….
Ex 1: mobile autoporteur muni d'un traceur
central A et d'un traceur périphérique B.
Lorsque le mobile est en mouvement, le
point A décrit une trajectoire plus simple
(rectiligne) que celle des autres points.
Le point A est donc le centre d'inertie du
mobile.
Ex 2 : la trajectoire représentée
est la plus simple et correspond
à celle du centre d’inertie de la
moto.
Corde (c)
Bois (b)
Homme (h)
Corde (c)
Bois (b)
Homme (h)
Ex 3 :
Quel point correspond
au centre d’inertie de
la quille : A, B ou C ?

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b) Position de G pour des solides de formes géométriques simples (voir TP sur les équilibres)
Dans le cas où le solide est ………………………. et où il présente un centre de …………………….., le centre d'inertie est
confondu avec ce point.
c) Position de G pour des systèmes constitués de plusieurs parties de formes géométriques simples
Dans le cas où le système est constitué de plusieurs parties, le centre d’inertie de l’ensemble correspond au barycentre du
système, c’est-à-dire à la « moyenne » des centres d’inertie de chaque partie, en tenant compte de leur masse.
Exo 2 : trouver les centres d’inertie des systèmes (plats) suivants :
Etude préliminaire : l’aire (la surface) du triangle est …………… plus petite que celle du carré.
Si (triangle) = (carré), alors m(triangle) = m (carré).
Parties simples
(triangle) = (carré)
(triangle) = 2 (carré)
(triangle) = (carré)
(triangle) = 2 (carré)
(triangle) = (carré)
2. Solide isolé ou pseudo-isolé
Un solide isolé est un solide qui n’est soumis à ………………………………. force extérieure.
Ex :
a
a

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Un solide est dit pseudo-isolé si les forces extérieures qui s’appliquent sur lui se …………………………….. (s’annulent)
exactement à chaque instant.
Exo 3 : faire un bilan des forces exercées
sur les systèmes {rollerwoman} et
{boule} et préciser les conditions pour
que ces systèmes soient pseudo-isolés.
IV. Le principe d’inertie (P.I) ou 1ère loi de Newton
1. Les référentiels galiléens
Un référentiel permet de fixer un repère pour étudier un mouvement, car la nature du mouvement dépend du référentiel d’étude.
Sur terre, les mouvements sont étudiés par rapport au référentiel terrestre. Dans l’espace autour de la terre, ils sont étudiés par
rapport au référentiel géocentrique et dans l’espace autour du soleil ils sont étudiés par rapport au référentiel héliocentrique.
Le référentiel terrestre
En fait, il existe une infinité de référentiels. Parmi cette infinité, il existe toute une série de référentiels dans lesquelles les lois de
la physique prennent une forme unique très simple : ce sont les référentiels galiléens.
Les référentiels galiléens sont des référentiels dans lesquels les lois de la physique sont les plus …………………………. et
ont toute la même ……………………………..
Rem : un référentiel sera d’autant plus galiléen qu’il est « immobile », c’est-à-dire que l’on peut négliger son mouvement. Tout
est une question de durée du phénomène que l’on étudie. Pendant cette durée d’étude, on doit pouvoir négliger le mouvement
du référentiel pour qu’il soit considéré comme galiléen.
Exo 4 : compléter le tableau suivant l’exemple.
référentiel
terrestre
géocentrique
héliocentrique
mouvement
Rotation de la Terre sur
elle-même
durée caractéristique
du mouvement
24 h
condition pour être
considéré comme
galiléen
durée phénomène << 24 h
Exemples
de phénomènes
Lancer d’un ballon
(2 s << 24 h) ; descente d’un
skieur (2 min << 24 h)
référentiel
géocentrique
référentiel
héliocentrique
A

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2. Le principe d’inertie (PI)
a) Qu’est-ce que l’inertie ? Intro (3min10) http://videosphysique.blogspot.fr/2011/07/eureka-episode-1-linertie.html
L'inertie d'un corps peut être définie comme la propriété d'un corps qui tend à résister au …………………………………….
de son état de repos ou de son état de mouvement. L'inertie n'est pas une force et n'est pas capable d'exercer une force.
L'inertie dépend de la masse de l'objet. Plus la masse d'un objet est grande, plus son inertie est grande. Ainsi, la masse est une
mesure de l'inertie d'un objet.
Petites démonstrations :
Expériences
Actions
On tire sur la feuille située au-
dessous de la boule.
On tire d’un coup sec sur la
feuille située entre la pièce et le
verre.
On stoppe brusquement le
mouvement de la feuille sur laquelle
est posée une pile de pièces.
Observations
Expériences
Actions
Avec une règle en plastique, on
frappe la pièce du bas de la pile
de 8 pièces.
On tire d’un coup sec sur la
feuille situées au-dessous de la
pile es 8 pièces.
On tire sèchement sur la feuille située
au-dessous de la pièce.
Observations
Plusieurs événements qui se produisent quotidiennement illustrent l'inertie :
 Dans un véhicule (bus, train, tramway, métro…), on a l'impression d'être projeté vers l'…………………….. dès le
démarrage du véhicule et vers l’………………………… en cas de freinage brusque. Si le véhicule effectue un virage à
gauche, on a l'impression d'être projeté vers la ………………………
Mais ce ne sont que des impressions ! Il n’y a pas de réelles forces (ni centrifuge ni autre…).
C'est le résultat de l'inertie qui nous pousse à continuer un mouvement en ligne droite.
Vidéo explicative http://videosphysique.blogspot.fr/2011/03/centrifuge-ou-centripete.html
Animations : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/PrincipeInertie.swf
Animations : http://www.defl.ca/rbw/dsf/phys30/module06/6-03_inertie.html
règle
table
feuille
table
table
feuille
boule
table
feuille
verre
pièce
table
feuille
pièce
table
feuille