La première loi de Newton : le principe d’inertie
Énoncé
Dans un référentiel galiléen, tout objet conserve son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme tant qu’aucune force extérieure ne vient le perturber.
En clair, si tu poses ton stylo sur la table, il ne va pas se mettre à bouger tout seul. Il reste immobile, car la somme des forces qui agissent sur lui est nulle : son poids est compensé par la réaction de la table.
Si tu regardes un astronaute dans l’espace, il continue de flotter en ligne droite et à vitesse constante une fois qu’il a arrêté de pousser avec son propulseur. C’est l’inertie.
Application de la première loi
- Prouver qu’un objet est immobile ou qu’il suit un mouvement rectiligne uniforme quand les forces se compensent.
- Déduire que, pour modifier la vitesse d’un corps, il faut qu’une force extérieure agisse sur lui.
Dans la vie courante, c’est pour ça qu’un ballon de foot s’arrête de rouler : il subit une force de frottement qui freine son mouvement.
La deuxième loi de Newton : la dynamique
Énoncé
Dans un référentiel galiléen, la somme des forces appliquées sur un objet est égale à sa masse multipliée par son accélération.
Cela s’écrit :
∑ F = m × a
Autrement dit, plus une force est grande, plus l’objet accélère. Et plus l’objet est lourd, plus il résiste à cette accélération.
Exemple concret
Imagine que tu pousses un caddie vide au supermarché. Facile, non ? Maintenant, remplis-le de packs d’eau : tu dois pousser beaucoup plus fort pour obtenir la même accélération. C’est exactement ce que dit la deuxième loi de Newton.
Utiliser la deuxième loi
- Choisir un référentiel : souvent la Terre (considérée comme galiléenne).
- Définir le système : par exemple, un skieur sur une piste.
- Faire le bilan des forces : poids, réaction du sol, frottements éventuels…
- Appliquer : ∑F = m × a
- Résoudre pour trouver accélération, vitesse ou position.
La troisième loi de Newton : action et réaction
Énoncé
À chaque action correspond une réaction égale et opposée.
Si tu appuies sur un mur, il te repousse avec exactement la même force, mais en sens inverse. Même chose si tu sautes : tu pousses sur le sol, et le sol te pousse vers le haut.
Application dans le monde réel
- Une fusée décolle parce que les gaz expulsés vers le bas créent une poussée vers le haut.
- Quand un nageur pousse l’eau en arrière, l’eau le propulse vers l’avant.
Attention : ces forces ne s’annulent pas car elles agissent sur des corps différents.
Bien utiliser les forces
Les caractéristiques d’une force
Une force est un vecteur, c’est-à-dire qu’elle a :
- Une direction (l’axe sur lequel elle agit)
- Un sens (vers le haut, le bas, la gauche…)
- Une norme (l’intensité, exprimée en newtons, notée N)
Chaque force agit à un point précis du système, comme le centre de gravité.
L’unité du Newton
À partir de la deuxième loi :
1 N = 1 kg × 1 m/s²
Un Newton, c’est donc la force nécessaire pour donner une accélération de 1 m/s² à une masse de 1 kg.
Comment résoudre un exercice avec les lois de Newton
La méthode à suivre
- Choisir le bon référentiel.
- Définir le système étudié.
- Lister toutes les forces avec leur direction, leur sens, et leur point d’application.
- Appliquer la deuxième loi.
- Projeter sur les axes et écrire les équations.
- Résoudre pour obtenir accélération, vitesse ou position.
Exemple d’application
Un objet tombe en chute libre :
Notions utiles pour aller plus loin
La quantité de mouvement
Le vecteur quantité de mouvement se définit par :
p = m × v
La variation de p correspond directement à la somme des forces agissant sur l’objet.
Les référentiels galiléens
Un référentiel est galiléen si la première loi de Newton y est vérifiée. En pratique :
- La Terre est une bonne approximation.
- Pour étudier les planètes, on utilise un référentiel héliocentrique.
L’inertie
L’inertie est la résistance naturelle d’un objet à changer d’état. Plus un objet est lourd, plus il est difficile de modifier sa vitesse.
Quelques erreurs à éviter
- Vérifier que le référentiel est bien galiléen.
- S’assurer que la masse est constante avant d’appliquer la deuxième loi.
- Ne pas confondre action et réaction : elles s’exercent sur des corps différents.
