LES LOIS FONDAMENTALES DE LA PHYSIQUE ISAAC NEWTON 1687

Les forces
LES LOIS FONDAMENTALES
DE LA PHYSIQUE
ISAAC NEWTON
1687
Thursday 9 February 12

Première loi:
Tout corps persévère dans l’état de repos ou de
mouvement uniforme en ligne droite dans lequel il se
trouve, à moins qu’une force n’agisse sur lui et ne le
contraigne à changer d’état.
Les lois du mouvement de Newton (1687)
4-1
Loi 1 : ! V=constante !! F= 0
Loi 2 : d
dt ⇣m!
V⌘=! F
Loi 3 : ! F1/2=! F2/1
•La premi`ere loi,aussi appel´ee principed’inertie,pr´ecise une id´ee de Galil´ee :un corps qui n’est soumis
`a aucune force, persiste dans son mouvementrectiligne et uniforme. Sa vitesse ne change ni de direction ni
de grandeur.
Ce principeest en rupture avec une th`ese aristot´elicienne :un objet ne peut maintenir sa vitesse que
si quelque chose continue `a agir sur lui! C’est un tour de force mental que de rompre avec cette intuition
forte li´ee `a l’exp´erience sensible o`u tous les corps s’arrˆetentsi leurs mouvements ne sontpas entretenus.
Cette loi dit que c’est le changementde vitesse, donc l’acc´el´eration, qui r´ev`ele la pr´esence d’une force
non nulle sur l’objet. La vitesse ou le repos ne r´ev`ele rien.
•La deuxi`eme loi pr´ecise la premi`ere. Nous savons qu’il faut chercher une cause externe dans la variation
de vitesse :la force. Le lien entre ces deux concepts ;force et variation de vitesse, est explicitement ´ecrit ici.
Newton montre que l’objet fondamental n’est pas le vecteur vitesse seul mais qu’il faut introduire en plus une
mesure de la r´esistance au changement : la masse d’inertie. La variation cherch´ee est la d´eriv´ee (variation
instantan´ee) du produit de la masse par le vecteur vitesse m! Vaussi appel´e la quantit´e de mouvement
!
pdef =m! V. C’est la d´eriv´ee du vecteur ! ppar rapport au temps qui est ´egale `a la force ! Fagissantsur
l’objet :
4-2 d
dt ⇣m!
V⌘=! Fdeuxi`eme forme :m! V(t2)m! V(t1) = Zt2
t1
!
F(t)dt
La deuxi`eme forme n’est rien d’autre que l’inversion de la premi`ere forme. Elle permet de d´efinir ce que
certains physiciens appellentl’impulsion :le produit de la force par la dur´ee de son action, ou mieux encore
l’int´egrale de la force.
La troisi`eme forme, la plus connue, est celle qui suppose que la masse d’inertie ne change pas au cours
du temps. On peut alors faire apparaˆıtre explicitementl’acc´el´eration ! a,elle prend la forme canonique :
4-3 m! a=! F
Si la vitesse ! Vsemble facile `a d´efinir, il peut sembler que cette deuxi`eme loi d´efinisse de fa¸con circulaire
deux objets `a la fois :la masse d’inertie met la force ! F. Pourtantce n’est pas le cas. On peut, par exemple,
exercer deux forces identiques sur deux objets de masses di↵´erentes. L’acc´el´eration sera alors invers´ement
proportionnelle `a la masse d’inertie des objets. Enfin Newton, et les physiciens apr`es lui, vontexpliciter les
forces naturelles ind´ependammentde toutes autres choses, ce qui nous fait dire que la deuxi`eme loi, en fait,
d´efinit la masse d’inertie.
•La troisi`eme loi nous donne une premi`ere indication sur les forces naturelles. Quelles que soientces
forces, elles doiventob´eir `a un principede r´eciprocit´e !
Dynamique/ Les lois 57
Principe d’inertie énoncé par Galileo Galilei: un corps qui
n’est soumis à aucune force persiste dans son mouvement,
contre-intuitif par rapport aux observations quotidiennes...
Thursday 9 February 12

Les lois du mouvement de Newton (1687)
Deuxième loi:
Les changements qui arrivent dans le mouvement
sont proportionnels à la force motrice et se font
dans la ligne droite dans laquelle cette force à été
imprimée.
4-1
Loi 1 : ! V=constante !! F= 0
Loi 2 : d
dt ⇣m!
V⌘=! F
Loi 3 : ! F1/2=! F2/1
•La premi`ere loi,aussi appel´ee principed’inertie,pr´ecise une id´ee de Galil´ee :un corps qui n’est soumis
`a aucune force, persiste dans son mouvementrectiligne et uniforme. Sa vitesse ne change ni de direction ni
de grandeur.
Ce principeest en rupture avec une th`ese aristot´elicienne :un objet ne peut maintenir sa vitesse que
si quelque chose continue `a agir sur lui! C’est un tour de force mental que de rompre avec cette intuition
forte li´ee `a l’exp´erience sensible o`u tous les corps s’arrˆetentsi leurs mouvements ne sontpas entretenus.
Cette loi dit que c’est le changementde vitesse, donc l’acc´el´eration, qui r´ev`ele la pr´esence d’une force
non nulle sur l’objet. La vitesse ou le repos ne r´ev`ele rien.
•La deuxi`eme loi pr´ecise la premi`ere. Nous savons qu’il faut chercher une cause externe dans la variation
de vitesse :la force. Le lien entre ces deux concepts ;force et variation de vitesse, est explicitement ´ecrit ici.
Newton montre que l’objet fondamental n’est pas le vecteur vitesse seul mais qu’il faut introduire en plus une
mesure de la r´esistance au changement : la masse d’inertie. La variation cherch´ee est la d´eriv´ee (variation
instantan´ee) du produit de la masse par le vecteur vitesse m! Vaussi appel´e la quantit´e de mouvement
!
pdef =m! V. C’est la d´eriv´ee du vecteur ! ppar rapport au temps qui est ´egale `a la force ! Fagissantsur
l’objet :
4-2 d
dt ⇣m!
V⌘=! Fdeuxi`eme forme :m! V(t2)m! V(t1) = Zt2
t1
!
F(t)dt
La deuxi`eme forme n’est rien d’autre que l’inversion de la premi`ere forme. Elle permet de d´efinir ce que
certains physiciens appellentl’impulsion :le produit de la force par la dur´ee de son action, ou mieux encore
l’int´egrale de la force.
La troisi`eme forme, la plus connue, est celle qui suppose que la masse d’inertie ne change pas au cours
du temps. On peut alors faire apparaˆıtre explicitementl’acc´el´eration ! a,elle prend la forme canonique :
4-3 m! a=! F
Si la vitesse ! Vsemble facile `a d´efinir, il peut sembler que cette deuxi`eme loi d´efinisse de fa¸con circulaire
deux objets `a la fois :la masse d’inertie met la force ! F. Pourtantce n’est pas le cas. On peut, par exemple,
exercer deux forces identiques sur deux objets de masses di↵´erentes. L’acc´el´eration sera alors invers´ement
proportionnelle `a la masse d’inertie des objets. Enfin Newton, et les physiciens apr`es lui, vontexpliciter les
forces naturelles ind´ependammentde toutes autres choses, ce qui nous fait dire que la deuxi`eme loi, en fait,
d´efinit la masse d’inertie.
•La troisi`eme loi nous donne une premi`ere indication sur les forces naturelles. Quelles que soientces
forces, elles doiventob´eir `a un principede r´eciprocit´e !
Dynamique/ Les lois 57
Il faut chercher la variation de vitesse dans une cause externe: la force. Newton montre
que l’objet fondamental n’est pas le vecteur vitesse seul mais qu’il faut introduire en plus
une mesure de la résistance au changement, la masse d’inertie, si elle ne varie pas alors
F=m A.
4-1
Loi 1 : ! V=constante !! F= 0
Loi 2 : d
dt ⇣m!
V⌘=! F
Loi 3 : ! F1/2=! F2/1
•La premi`ere loi,aussi appel´ee principed’inertie,pr´ecise une id´ee de Galil´ee :un corps qui n’est soumis
`a aucune force, persiste dans son mouvementrectiligne et uniforme. Sa vitesse ne change ni de direction ni
de grandeur.
Ce principeest en rupture avec une th`ese aristot´elicienne :un objet ne peut maintenir sa vitesse que
si quelque chose continue `a agir sur lui! C’est un tour de force mental que de rompre avec cette intuition
forte li´ee `a l’exp´erience sensible o`u tous les corps s’arrˆetentsi leurs mouvements ne sontpas entretenus.
Cette loi dit que c’est le changementde vitesse, donc l’acc´el´eration, qui r´ev`ele la pr´esence d’une force
non nulle sur l’objet. La vitesse ou le repos ne r´ev`ele rien.
•La deuxi`eme loi pr´ecise la premi`ere. Nous savons qu’il faut chercher une cause externe dans la variation
de vitesse :la force. Le lien entre ces deux concepts ;force et variation de vitesse, est explicitement ´ecrit ici.
Newton montre que l’objet fondamental n’est pas le vecteur vitesse seul mais qu’il faut introduire en plus une
mesure de la r´esistance au changement : la masse d’inertie. La variation cherch´ee est la d´eriv´ee (variation
instantan´ee) du produit de la masse par le vecteur vitesse m! Vaussi appel´e la quantit´e de mouvement
!
pdef =m! V. C’est la d´eriv´ee du vecteur ! ppar rapport au temps qui est ´egale `a la force ! Fagissantsur
l’objet :
4-2 d
dt ⇣m!
V⌘=! Fdeuxi`eme forme :m! V(t2)m! V(t1) = Zt2
t1
!
F(t)dt
La deuxi`eme forme n’est rien d’autre que l’inversion de la premi`ere forme. Elle permet de d´efinir ce que
certains physiciens appellentl’impulsion :le produit de la force par la dur´ee de son action, ou mieux encore
l’int´egrale de la force.
La troisi`eme forme, la plus connue, est celle qui suppose que la masse d’inertie ne change pas au cours
du temps. On peut alors faire apparaˆıtre explicitementl’acc´el´eration ! a,elle prend la forme canonique :
4-3 m! a=! F
Si la vitesse ! Vsemble facile `a d´efinir, il peut sembler que cette deuxi`eme loi d´efinisse de fa¸con circulaire
deux objets `a la fois :la masse d’inertie met la force ! F. Pourtantce n’est pas le cas. On peut, par exemple,
exercer deux forces identiques sur deux objets de masses di↵´erentes. L’acc´el´eration sera alors invers´ement
proportionnelle `a la masse d’inertie des objets. Enfin Newton, et les physiciens apr`es lui, vontexpliciter les
forces naturelles ind´ependammentde toutes autres choses, ce qui nous fait dire que la deuxi`eme loi, en fait,
d´efinit la masse d’inertie.
•La troisi`eme loi nous donne une premi`ere indication sur les forces naturelles. Quelles que soientces
forces, elles doiventob´eir `a un principede r´eciprocit´e !
Dynamique/ Les lois 57
Thursday 9 February 12

Troisième loi:
L’action est toujours égale et opposée à la réaction,
c’est-à-dire que les actions de deux corps l’un sur
l’autre sont toujours égales et dans des directions
contraires.
Les lois du mouvement de Newton (1687)
4-1
Loi 1 : ! V=constante !! F= 0
Loi 2 : d
dt ⇣m!
V⌘=! F
Loi 3 : ! F1/2=! F2/1
•La premi`ere loi,aussi appel´ee principed’inertie,pr´ecise une id´ee de Galil´ee :un corps qui n’est soumis
`a aucune force, persiste dans son mouvementrectiligne et uniforme. Sa vitesse ne change ni de direction ni
de grandeur.
Ce principeest en rupture avec une th`ese aristot´elicienne :un objet ne peut maintenir sa vitesse que
si quelque chose continue `a agir sur lui! C’est un tour de force mental que de rompre avec cette intuition
forte li´ee `a l’exp´erience sensible o`u tous les corps s’arrˆetentsi leurs mouvements ne sontpas entretenus.
Cette loi dit que c’est le changementde vitesse, donc l’acc´el´eration, qui r´ev`ele la pr´esence d’une force
non nulle sur l’objet. La vitesse ou le repos ne r´ev`ele rien.
•La deuxi`eme loi pr´ecise la premi`ere. Nous savons qu’il faut chercher une cause externe dans la variation
de vitesse :la force. Le lien entre ces deux concepts ;force et variation de vitesse, est explicitement ´ecrit ici.
Newton montre que l’objet fondamental n’est pas le vecteur vitesse seul mais qu’il faut introduire en plus une
mesure de la r´esistance au changement : la masse d’inertie. La variation cherch´ee est la d´eriv´ee (variation
instantan´ee) du produit de la masse par le vecteur vitesse m! Vaussi appel´e la quantit´e de mouvement
!
pdef =m! V. C’est la d´eriv´ee du vecteur ! ppar rapport au temps qui est ´egale `a la force ! Fagissantsur
l’objet :
4-2 d
dt ⇣m!
V⌘=! Fdeuxi`eme forme :m! V(t2)m! V(t1) = Zt2
t1
!
F(t)dt
La deuxi`eme forme n’est rien d’autre que l’inversion de la premi`ere forme. Elle permet de d´efinir ce que
certains physiciens appellentl’impulsion :le produit de la force par la dur´ee de son action, ou mieux encore
l’int´egrale de la force.
La troisi`eme forme, la plus connue, est celle qui suppose que la masse d’inertie ne change pas au cours
du temps. On peut alors faire apparaˆıtre explicitementl’acc´el´eration ! a,elle prend la forme canonique :
4-3 m! a=! F
Si la vitesse ! Vsemble facile `a d´efinir, il peut sembler que cette deuxi`eme loi d´efinisse de fa¸con circulaire
deux objets `a la fois :la masse d’inertie met la force ! F. Pourtantce n’est pas le cas. On peut, par exemple,
exercer deux forces identiques sur deux objets de masses di↵´erentes. L’acc´el´eration sera alors invers´ement
proportionnelle `a la masse d’inertie des objets. Enfin Newton, et les physiciens apr`es lui, vontexpliciter les
forces naturelles ind´ependammentde toutes autres choses, ce qui nous fait dire que la deuxi`eme loi, en fait,
d´efinit la masse d’inertie.
•La troisi`eme loi nous donne une premi`ere indication sur les forces naturelles. Quelles que soientces
forces, elles doiventob´eir `a un principede r´eciprocit´e !
Dynamique/ Les lois 57
Le message essentiel de cette loi est qu’elles (ces deux forces) existent ensembles ou
n’existent pas. Ou encore que si force il y a, c’est toujours entre deux objets et de façon
symétrique. Cette loi sous-entend aussi que la force entre paire d’objets agit
instantanément.
Thursday 9 February 12

La “cause” du mouvement est à chercher dans
son accélération (Galileo Galilei).
1: tout objet conserve son état de repos ou de
mouvement rectiligne uniforme en l’absence de force.
2 : l’accélération est proportionnelle à la force résultante
m = masse d’inertie
Thursday 9 February 12