La mécanique de Newton

La mécanique de NEWTON
I.
Les lois de Newton
A. Enoncé des lois
> Première loi de Newton ou principe d’inertie
Dans un référentiel galiléen, si la somme vectorielle des forces qui s’exercent sur un solide est nulle
( ∑ F = 0 ), le vecteur vitesse ϑ G de son centre d’inertie ne varie pas.
Réciproquement, si le vecteur vitesse ϑ G du centre d’inertie d’un solide ne varie pas, la somme des forces qui
s’exercent sur ce solide est nulle.
Le centre d’inertie d’un tel solide est don animé d’un mouvement rectiligne uniforme.
> Approche de la deuxième loi de Newton
Dans un référentiel galiléen, si un solide est soumis à un ensemble de forces de somme ∑ F non nulle :
-
il en résulte une variation du vecteur vitesse ∆ϑ G de son centre d’inertie ;
-
la somme des forces ∑ F et ∆ϑ G sont colinéaires.
> Troisième loi de Newton
Lorsqu’un corps A exerce sur un corps B une force F A→ B , alors le corps B exerce sur A la force F B→ A . Que
les corps soient au repos ou en mouvement, ces forces :
- sont opposées ;
-
ont le même support : F A→ B = − F B→ A .
B. Mise en application de ces lois
Cf pages 206 et 207.
II.
Comment une force modifie-t-elle la vitesse ?
Cf pages 208 et 209.
III. Comment définir mathématiquement le vecteur vitesse et le vecteur accélération ?
A. Le vecteur vitesse
Dans un référentiel donné, le vecteur vitesse du centre d’inertie G est égal à la dérivée par rapport au temps,
du vecteur position OG à cet instant :
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B. Le vecteur accélération
Dans un référentiel donné, le vecteur accélération du centre
d’inertie G est égal à la dérivée par rapport au temps, du
vecteur vitesse ϑG à cet instant :
 ∆ϑ  dϑ ϑG s’exprime en mètre par seconde,
a G = lim  G  =
∆t →0 ∆t 
dt
t en secondes et a G en mètre par
seconde carrée.
C. Coordonnées des vecteurs vitesse et accélération
( )
Dans un repère plan 0; i; j . La position du centre d’inertie G du solide
en mouvement est repérée par le vecteur position OG . OG est
caractérisé par ses coordonnées (x(t ), y (t )) , fonctions du temps :
OG = x(t ) × i + y (t ) × j
Par dérivation, on obtient la vitesse :
ϑG =
d OG
dx
dy
, soit ϑ G = × i + × j
dt
dt
dt
que l’on note : ϑ G = x& × i + y& × j
Par une nouvelle dérivation, on obtient le vecteur accélération :
dϑ
a G = G , soit a G = &x& × i + &y& × j
dt
> Cas particulier du mouvement rectiligne
Considérons le mouvement rectiligne et faisons coïncider
( )
l’axe 0; i avec la trajectoire. Dans ce cas, nous avons :
OG = x × i ; ϑ G = x& × i ; a G = &x& × i
ϑ G et a G sont colinéaires et ont la direction de la trajectoire.
Chapitre 9 : La mécanique de NEWTON
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• Dans ce cas particulier d’un mouvement rectiligne uniforme, la vitesse est constante, soit x& est une
constante et l’accélération est nulle soit &x& = 0 .
L’accélération d’un point animé d’un mouvement rectiligne uniforme est nulle.
• Si ϑ G et a G ont le même sens, la vitesse augment : le mouvement est accéléré.
• Inversement, si ϑ G et a G sont de sens contraires, le mouvement est retardé.
IV.
Comment énoncer la deuxième loi de Newton ?
> Enoncé complet de la deuxième loi de Newton
Dans un référentiel galiléen, la somme vectorielle ∑ F ext des forces extérieures appliquées à un solide est
égale au produit de la masse du solide par le vecteur accélération de son centre d’inertie :
∑ F ext = m × a G
> Importance du référentiel galiléen
Les lois de NEWTON ne sont valables que dans les référentiels galiléens.
Cf page 211.
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