Dynamique newtonienne
Les lois de Newton permettent de prévoir le mouvement des objets.
I Trois vecteurs pour décrire un mouvement
Lors d’une étude mécanique, on définit toujours le
système et le référentiel d’étude supposé galiléen en
terminale S.
On choisit ensuite un repère, en général orthonormé
)k , j , i(O,
.
On définit le vecteur vitesse :
dt
OGd
=
t
OG
lim= (t)v
0t
G
avec v
G
en
m.s
-1
.
On peut définir également le vecteur accélération :
dt
vd
=
t
v
lim= (t)a
GG
0t
G
avec a
G
en
m.s
-2
.
En coordonnées cartésiennes, les
vecteurs position, vitesse et accélération
s’écrivent :
2
2
x=
dtxd
OG
G
v
G
a
2
2
y=
dtyd
2
2
z=
dtzd
II Mouvement circulaire uniforme
Lorsque le mouvement est circulaire uniforme, le
vecteur vitesse
est toujours
tangent au cercle
et le
vecteur accélération
est
centripète
.
Un vecteur centripète est radial et dirigé vers le centre
du cercle.
Pour un mouvement circulaire uniforme, les normes du
vitesse et accélération sont constantes : v
G
= Rω et
R
v
=a
2
G
G
avec
ω la vitesse angulaire en rad.s
-1
.
En définissant un vecteur
τ
qui reste toujours tangent au cercle et
n
un vecteur toujours
centripète, on peut écrire :
τω
R=v
G
et
ττ
2
2
G
G
ω
R=
R
v
=a
III Lois de Newton
1. Première loi de Newton ou principe d’inertie
Galilée le premier énonça le principe d’inertie, Newton le reformula ensuite autrement :
« Tout
corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui
s’exercent sur lui se compensent. »
10
FICHE
i
Vecteur position OG à l’instant t
1
Trajectoire
G(t
0
)
G(t
1
)
G(t
2
)
G(t
3
)
j
k
Afin de simplifier les
écritures des dérivées par
rapport au temps, on écrit :
dt
dx
=
)t(x
et
2
2
dtxd
=
)t(x
fπ2=
T
π2
=ω
où T est la période
de rotation et f sa fréquence
Représentation du vecteur vitesse
et accélération pour un
mouvement circulaire uniforme
O
i
r
j
r
n
r
τ
r
M(t)
x
y
G
v
G
a
x(t)
y(t)
z(t)
x=
dt
dx
y=
dt
dy
z=
dt
dz
Il existe une classe de référentiels appelé galiléens, dans lesquels un point isolé ou pseudo-isolé
est immobile ou a un mouvement rectiligne uniforme, le principe d’inertie doit être rifdans ce
type de référentiel.
Un solide est pseudo-iso si la somme vectorielle des forces extérieures qui lui sont
appliquées est nulle. Dans ce cas, le solide est immobile ou a un mouvement rectiligne
uniforme.
2. Deuxième loi de Newton
Dans un férentiel galiléen, pour un système
donnée :
Gext
a = mFΣ
avec
ext
FΣ
somme de forces
extérieurs en N ; m du système en kg ; a
G
accélération
en m.s
-2
.
m
FΣ
= a
ext
G
, qui peut se traduire par
inertie
cause
effet =
La masse d’un corps est la mesure de son inertie,
soit sa résistance aux variations de vitesse.
3. Troisième loi de Newton
Si un système A exerce sur un système B une force
A/B
F
, alors B exerce sur A une force
B/A
F
tel que :
B/AA/B
F=F -
.
La 2
ème
loi de Newton ne s’applique
qu’au centre d’inertie (G) et non
aux points périphériques (A).
G
A
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