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
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. »
i
Vecteur position OG à l’instant t
1
Trajectoire
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
j
τ
G
v
G
a
x(t)
y(t)
z(t)
•
x=
dt
dx
•
y=
dt
dy
•
z=
dt
dz