Chapitre CI

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Chapitre P IV
LES LOIS DE NEWTON
I) LA 1ère LOI DE NEWTON : LE PRINCIPE D’INERTIE
1) Historique
Une force est elle nécessaire pour qu’il y ait un mouvement ?
a) Durant la Grèce antique
IVème siècle AVJC
Aristote : sa réponse est oui !
Les notions de forces, vitesse et variation de vitesse ne sont pas encore connues.
b) XVIème et XVIIème siècles
Galilée et Descartes pensent que non. Ce ne sont que des intuitions.
Ils établissent les lois mais ne parviennent pas à la formaliser.
c) Fin XVIIème siècle :Newton
1687 :
Il écrit « Principes mathématiques de la philosophie naturelle » où il énoncent ces 4 lois.
2) Enoncé
Dans un référentiel galiléen, le vecteur vitesse du centre d’inertie d’un solide,
vG
est
constant si la somme vectorielle des forces qui sont appliquées à ce solide, notée
F
,
est égale au « vecteur nul », et réciproquement :
Si
vG
=
cte
alors
F
=
0
si
F
=
0
alors,
vG
=
cte
Remarque :
Le repos n’est qu’un cas particulier du mouvement rectiligne uniforme (où
vG
=
0
).
Exemples :
- Palet de hockey qui glisse sur la glace : mouvement rectiligne uniforme et
forces qui se compensent :
0RP
(pas de frottements donc
R
perpendiculaire
au sol glacé) les deux forces ont été représentés en G pour un schéma plus
« lisible ».
- Sonde spatiale aux « confins de l’univers » : aucune force n’agit sur la sonde et
vG
est constant.
- Passager dans une voiture sans ceinture de sécurité (=DANGER !) : mouvement
rectiligne uniforme (comme la voiture) et forces qui se compensent :
0RP
. Si la voiture
ralentit, le passager demeure soumis aux mêmes forces (les interactions sont les mêmes) donc
il continue son mouvement rectiligne uniforme, mais pas la voiture ! Il est projeté dans le pare-
brise… Il est absolument nécessaire de boucler sa ceinture de sécurité !
3) Définition d’un référentiel galiléen
Un référentiel galiléen est un référentiel dans lequel la 1ère loi de Newton est vérifiée.
Le référentiel terrestre est dit galiléen.
Les référentiels en mouvement de translation accéléré ou ralenti, en mouvement de rotation par
rapport au référentiel terrestre ne sont pas galiléens.
Exemple de référentiel non galiléen :
Une voiture qui accélère, tourne ou ralentit.
Soit une balle suspendue au rétroviseur dans un tel référentiel : le fil ne
reste pas vertical. La balle est soumise à
FP,
:
0 FP
et
vG
=
cte
=
0
dans le référentiel de la voiture !
Le principe d’inertire ne s’applique pas dans le référentiel de la voiture qui
accélère, tourne ou ralentit.
R
P

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Exemples de référentiels galiléens :
Référentiel
étude du mouvement de
durée de l’étude
Héliocentrique
sondes spatiales, planètes
illimitée
Géocentrique
satellites de la Terre
quelques heures seulement car la terre
tourne autour du soleil
Terrestre
objets au voisinage de la Terre
quelques minutes seulement car la Terre
tourne sur elle – même
II) LA 2ème LOI DE NEWTON
1) Voir TP P4
2) Enoncé Livre P80
Soit un solide en mouvement dans un référentile galilééen.
La variation du vecteur vitesse du centre d’inertie du solide, notée
VG
a la même
direction et le même sens que la somme vectorielle des forces qui sont appliquées au
solide, notée
F
Cet énoncé semi quantitatif sera complété en terminale.
III) LA 3ème LOI DE NEWTON
(Ou Loi des actions réciproques)
1) Enoncé Livre P82
Si un objet A exerce une action mécanique sur un objet B, modélisée par la force
FBA/
,
alors l’objet B exerce une action mécanique sur l’objet A modélisée par la force
FAB/
.
et
FBA/
= -
FAB/
.
Cet énoncé semi quantitatif sera complété en terminale.
2) Applications
a) Les solides « transmettent » les forces :
Sol = S, terre = T, objet = O
Objet au repos dans le référentiel terrestre.
D’après la 3è loi de Newton : (1er schéma ci-contre) :
FOS/
= -
FSO/
D’après la 1ère loi de Newton appliquée à l’objet : (2è schéma
ci-contre) :
FOS/
+
P
=
0
donc
FOS/
= -
P
ainsi :
FSO/
=
P
: l’objet transmet son poids au sol.
b) La propulsion : livre P 83
Marcheur
FMS/
provoque la « propulsion » du marcheur.
Roue motrice
VOIR FIGURE 12 P 83
si Rt = 0N, pas de frottements, la roue d’avance pas.
R
=
FOS/
FSO/
R
=
FOS/
P
FSM /
FMS/

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R
P
R
=
FOS/
FSO/
R
=
FOS/
P
R
P
R
=
FOS/
FSO/
R
=
FOS/
P
R
P
R
=
FOS/
FSO/
R
=
FOS/
P
R
P
R
=
FOS/
FSO/
R
=
FOS/
P
R
P
R
=
FOS/
FSO/
R
=
FOS/
P