Première S Chapitre 4 Les lois de Newton.

Lycée J-B Schwilgué - SELESTAT
Première S
Chapitre 4
Les lois de Newton.
I. Les trois lois qui décrivent le mouvement.
Indiquer à partir de la BD les 3 lois de Newton sur le mouvement.
La première loi.
Tout corps reste dans son état de repos sauf si une force le contraint à changer cet état.
La deuxième loi.
La cause (les forces) est proportionnelle à l’effet (vitesse).
La troisième loi.
Les actions que deux corps exercent l’un sur l’autre sont toujours égales et dirigées en sens opposés en
intensité. L’action égale la réaction.
II. La première loi de Newton : principe de l’inertie.
1. L’énoncé.
Dans un référentiel terrestre, tout objet qui n’est soumis à aucune force ou à des forces qui se
compensent, reste dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme.
GROSSHENY L.
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Dans un référentiel Galiléen, si la somme des forces extérieures (
) appliquées à un solide est
nulle alors ce solide est soit au repos, soit en mouvement rectiligne uniforme.
- La réciproque est vraie :
du centre d'inertie d'un solide ne varie pas alors
Dans un référentiel Galiléen, si le vecteur vitesse
la somme des forces extérieures appliquées au solide est nulle.
Dans les référentiels, appelés référentiels Galiléens, si la somme des forces extérieures
appliquées à un solide est nulle alors le centre d’inertie de ce solide est soit au repos, soit
en mouvement rectiligne uniforme, et réciproquement.
=
reste constant en direction, sens et norme
2. Les référentiels galiléens.
En seconde, nous avons vu l’importance du référentiel dans la définition du mouvement d’un système
(mouvement d’un passager par rapport au quai / par rapport au train).
Un référentiel est un solide. Il est déterminé par la donnée de quatre points non coplanaires. On prend souvent
un solide très concret comme une table d'expériences (référentiel du laboratoire). On peut également être amené
à prendre un "solide" moins concret; c'est ce que l'on fait en particulier quand on choisit le référentiel de
Copernic, "solide" construit à partir du centre du système solaire et de trois étoiles.
Un référentiel Galiléen est un référentiel dans lequel le principe de l’inertie est vérifié :
Le référentiel Galiléen absolument parfait n’existe pas.
Le référentiel Héliocentrique (solide formé par les centres, non coplanaires, du soleil et de trois
autres étoiles) peut être considéré comme étant Galiléen pour étudier les voyages
interplanétaires (Terre / Mars par exemple) ou pour étudier le mouvement des planètes autour
du Soleil.
Le référentiel Géocentrique (solide formé par les centres, non coplanaires, de la Terre et de
trois étoiles) est considéré comme étant Galiléen pour étudier le mouvement des satellites
terrestres.
Le référentiel terrestre (référentiel du laboratoire, solide Terre) peut être considéré comme
étant Galiléen pour les expériences dont la durée est courte par rapport au jour sidéral, ce qui
est le cas de la plupart des expériences de mécanique réalisées sur Terre.
Tous les référentiels en mouvement de translation rectiligne et uniforme par rapport à un
référentiel Galiléen sont eux-mêmes Galiléens.
3. Utilisation du principe de l’inertie.
Dans le cas de situation d’équilibre ou de situation à vitesse constante, on pourra appliquer le principe
de l’inertie. L’objectif des exercices est de déterminer les caractéristiques d’une force inconnue :
norme et direction.
On peut résoudre le problème de trois manières différentes.
Exemple :
Uune caisse de 0.50 kg est accrochée à fil sur une pente qui fait un angle de 30) avec l’horizontale.
Déterminer la valeur de la tension du fil.
Le système « caisse » étudié dans le référentiel terrestre est soumis à :
• Son poids P
• La réaction du sol R
• La tension du fil T
Le système étant à l’équilibre, on peut appliquer la première loi de Newton :
=
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Résolution graphique
Le vecteur poids : P = 4,9 N
Représentons le vecteur P par un
vecteur vertical de 4,9 cm ?
Traçons une droite faisant un
angle de 30 ° avec l’horizontale
partant du vecteur P.
Refermons le triangle avec le
vecteur réaction du sol,
perpendiculaire au plan incliné.
Résolution par trigonométrie
Réalisons schématiquement le
triangle des forces (sans échelle).
Résolution par projection.
Projetons les vecteurs forces dans un
repère Oxy défini sur le schéma.
Dans un triangle rectangle :
T : Tx = T
Ty = 0
Cos 60 =
T
P
D’où T = P× cos60 = 2,4 N
R : Rx = 0
Ry = R
P : Px = -Psin30
Py = -P.cos30
Mesurons la longueur du vecteur
T : 2,5 cm soit 2,5 N
D’après le principe de l’inertie :
Px+Rx+Tx=0
Py+Ty+Ry = 0
Soit T – Psin30 = 0
Soit T = P.sin30 = 2,4 N
III. La deuxième loi de Newton.
La cause (les forces) est proportionnelle à l’effet (vitesse).
Dans un référentiel Galiléen, si la somme des vecteurs forces extérieures appliquées à un solide
n’est pas nulle, elle a même direction et même sens que le vecteur variation de vitesse.
On constate pour le mouvement de la Lune par rapport à la Terre que le
vecteur variation de vitesse n’est pas nul.
La Lune est soumise à la force gravitationnelle, de même direction et sens
que le vecteur variation de vitesse.
On peut considérer cette deuxième loi de Newton loi comme un principe justifié
par toutes les conséquences qu'on en tire.
Si le vecteur vitesse reste constant, on en déduit
=
(on retrouve la
première loi de Newton).
IV. La troisième loi de Newton : loi des actions réciproques.
Lorsque un corps A exerce sur un corps B une action mécanique alors le corps B exerce
sur le corps A une force tel que : A / B = - B / A
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