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2) Rappel : énoncé du principe d’inertie (1er principe de Newton)
Si un système de masse m n’est soumis à aucune force (système isolé), ou s’il
est soumis à un ensemble de forces dont la résultante est nulle (système
pseudo-isolé), alors le centre d’inertie G du système décrit un mouvement
rectiligne et uniforme.
3) Rappel : énoncé du principe des actions réciproques (3e principe de Newton)
→
Si un corps A exerce une force F A/B sur un corps B, alors le corps B exerce
→
→
→
également une force F B/A sur le corps A tel que F A/B = − F B/A.
4) Le principe fondamental de la dynamique (2e principe de Newton) :
Etude expérimentale
a) Dispositif expérimental
Le système composé d'un chariot de masse M1 et d'un corps descendant de masse M2 est
accéléré sous l'action de la force constante
→
→
F = M2⋅ g .
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→
Le système de masse totale M = M1 + M2 prend donc une accélération a qu'il s'agit de
déterminer.
b) Mesures
Lorsque le chariot passe devant les 2 cellules photoélectriques, le chronomètre effectue les
mesures suivantes :
1) Il mesure le temps de passage ∆t1 de la cache du chariot devant la cellule 1.
Comme la largeur de la cache est connue (2 cm), on peut facilement calculer la vitesse
moyenne au cours de l’intervalle ∆t1. Comme ∆t1 est très faible, nous assimilons cette
vitesse moyenne à la vitesse instantanée v1 du chariot à l’instant du passage du milieu
de la cache devant la cellule 1.
2) Il mesure le temps ∆t que met le bord droit de la cache à passer de la cellule 1 vers la
cellule 2.
3) Il mesure le temps de passage ∆t2 de la cache du chariot devant la cellule 1.
Comme la largeur de la cache est connue (2 cm), on peut facilement calculer la vitesse
moyenne au cours de l’intervalle ∆t2. Comme ∆t2 est très faible, nous assimilons cette
vitesse moyenne à la vitesse instantanée v2 du chariot à l’instant du passage du milieu
de la cache devant la cellule 2.
c) Calculs
→
Comme le mouvement est rectiligne, et que v2 >v1, le module du vecteur a est :
v − v1
a= 2
.
∆t
d) Résultats
1) Prenons M et F constants : Nous déterminons l’accélération à différentes positions du banc
à coussin d’air.
Nous trouvons qu’elle a partout même valeur. Le mouvement du chariot est donc un
mouvement rectiligne uniformément varié.
2) Prenons M constante : Nous déterminons l'accélération a pour plusieurs valeurs différentes
→
de l'intensité de la force F .
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F
(N)
∆t1
(s)
v1
(cm/s)
∆t2
(s)
v2
(cm/s)
∆t
(s)
a
(cm/s2)
F/a
(kg)
On constate :
2) Prenons F constante : Nous déterminons l'accélération pour plusieurs masses M1
différentes, donc pour des masses M différentes.
F
(N)
∆t1
(s)
v1
(cm/s)
∆t2
(s)
v2
(cm/s)
∆t
(s)
a
(cm/s2)
M·a
(kg·m/s2)
On constate :
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e) Conclusion
f) Unité S.I. : le newton (N)
Les unités kg, m et s (= unités qui interviennent dans celles de la masse et de l’accélération)
sont parfaitement définies !
1 seconde =
la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la
transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de
l'étalon de Caesium 133.
1 kilogramme =
la masse d'un objet dénommé kilogramme-étalon et conservé au Pavillon
de Breteuil à Sèvres.
1 mètre =
la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant le
1
temps 299 792 458 s.
En établissant le Système International d'unités, les physiciens ont convenu de donner à la
constante k une valeur égale à 1, ce qui définit l'unité pour la force :
1 newton =
la force qui appliquée à un corps de masse 1 kg, provoque chez
ce corps une accélération de 1 m/s2.
ou encore :
1 newton =
la force qui appliquée à un corps de masse 1 kg, provoque chez
ce corps une variation de la vitesse de 1 m/s chaque seconde.
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