Mécanique 1 · Tutoriel

lois de newton

La mécanique à maîtriser avant de passer aux exercices.

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La dynamique relie les forces au mouvement : elle explique pourquoi un corps accélère, ralentit ou reste immobile. Tout repose sur les trois lois de Newton, valables dans un référentiel galiléen.

À retenirles trois lois de Newton
  1. Principe d'inertie. Si la résultante est nulle, l'accélération est nulle : F_ext=0 a=0 (repos ou MRU).
  2. Principe fondamental (PFD). Sinon, la résultante impose l'accélération : F_ext=m a a=F_résm. Le vecteur a\vec{a} est colinéaire à la résultante : même direction, même sens.
  3. Actions réciproques. FAB= FBA\ \vec{F}_{A\to B}=-\,\vec{F}_{B\to A} : deux forces d'égale intensité, de même direction, de sens opposés, s'exerçant sur deux corps différents.
Méthoderésoudre un problème avec le PFD
  1. Choisir le système étudié et faire le bilan des forces.
  2. Calculer la résultante Freˊs=Fext\vec{F}_{\text{rés}}=\sum\vec{F}_{\text{ext}} (somme vectorielle).
  3. Si Freˊs=0\vec{F}_{\text{rés}}=\vec{0} : 1re1^{\text{re}} loi, a=0a=0 (repos ou MRU). Sinon : a=Freˊs/ma=F_{\text{rés}}/m.
  4. Vérifier les unités : N=kilogramm/s2\mathrm{N}=\mathrm{kilogram}\mathrm{m}/\mathrm{s}^{2}, donc aa en m/s2\mathrm{m}/\mathrm{s}^{2}.
Exemplemême force, deux masses

On pousse un chariot avec une force résultante de 20 N20\,\mathrm{N}. Vide (m=10 kilogramm=10\,\mathrm{kilogram}) : a=2010=2 m/s2a=\tfrac{20}{10}=2\,\mathrm{m}/\mathrm{s}^{2}. Plein (m=20 kilogramm=20\,\mathrm{kilogram}) : a=2020=1 m/s2a=\tfrac{20}{20}=1\,\mathrm{m}/\mathrm{s}^{2}. Doubler la masse divise par deux l'accélération : c'est l'inertie.

Piègetrois confusions classiques
  • « Forces équilibrées » ne veut pas dire « immobile » : cela veut dire vitesse constante (repos ou MRU).
  • Ce n'est pas l'accélération qui « crée » la force : la force est la cause, a\vec{a} l'effet.
  • Les deux forces d'action–réaction ne se compensent jamais : elles agissent sur des corps différents. On ne dit pas « la force d'un corps » mais « la force exercée par A sur B ».
Remarque

Une force se mesure en newtons : 1 N1\,\mathrm{N} communique 1 m/s21\,\mathrm{m}/\mathrm{s}^{2} à une masse de 1 kilogram1\,\mathrm{kilogram}. La masse mm (en kilogram\mathrm{kilogram}) mesure l'inertie : plus elle est grande, plus le corps résiste au changement de mouvement.

Ensuite, 3 niveaux d'exercices :
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