Une force modélise l'action mécanique d'un corps sur un autre. Elle est représentée par un vecteur caractérisé par un point d'application, une direction, un sens et une intensité (en newtons, N). Les forces peuvent modifier le mouvement d'un système ou le déformer. Avant d'étudier les lois de Newton, il faut savoir identifier les forces : poids, réaction du support, tension d'un fil, frottements. Ces lois s'appliquent dans un référentiel galiléen, où le principe d'inertie est vérifié.
📖 Définition
Un référentiel galiléen est un référentiel dans lequel le principe d'inertie est vérifié (ex : référentiel héliocentrique).
📢 Rappel
Le poids P = m × g, avec g ≈ 9,81 N/kg à la surface de la Terre.
💡 À retenir : Une force est une grandeur vectorielle qui décrit l'interaction entre deux corps.
Complète la phrase
Une force est représentée par un vecteur possédant quatre caractéristiques : un point d'application, une direction, un sens et une .
⚖️
Quand les forces se compensent
La première loi de Newton
Dans un référentiel galiléen, si la somme vectorielle des forces extérieures appliquées à un système est nulle, alors le système est soit immobile, soit en mouvement rectiligne uniforme (MRU). Réciproquement, si un système est immobile ou en MRU, alors les forces se compensent. Cette loi explique pourquoi un palet de hockey glisse longtemps sur la glace : les frottements étant très faibles, la somme des forces est presque nulle et le mouvement est quasi rectiligne uniforme.
⭐ À retenir
L'immobilité est un cas particulier de mouvement rectiligne uniforme (v = 0).
🔍 Exemple
Une voiture roulant à vitesse constante sur une route horizontale : les forces motrices compensent les frottements.
💡 À retenir : ∑ F_ext = 0 ⇔ v = constante (ou nul) dans un référentiel galiléen.
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La relation entre force et accélération
La deuxième loi de Newton
Dans un référentiel galiléen, pour un système de masse m constante, la somme des forces extérieures est égale au produit de la masse par l'accélération du centre de gravité. L'accélération a même direction et même sens que la résultante des forces. Cette loi permet de prévoir le mouvement d'un objet : si la force résultante est constante, l'accélération est constante, et la vitesse varie linéairement. Exemple : une fusée au décollage subit une poussée supérieure à son poids, créant une accélération vers le haut.
📖 Définition
L'accélération a est la dérivée de la vitesse par rapport au temps : a = dv/dt, en m·s⁻².
📢 Rappel
La masse m s'exprime en kg, l'accélération a en m·s⁻², la force en N (1 N = 1 kg·m·s⁻²).
💡 À retenir : La variation de la vitesse est proportionnelle à la force résultante et inversement proportionnelle à la masse.
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Action et réaction
La troisième loi de Newton
Si un corps A exerce une force sur un corps B, alors B exerce simultanément une force sur A, de même direction, de même intensité, mais de sens opposé. Ces deux forces ont la même droite d'action. Ce principe explique la propulsion par réaction : une fusée éjecte des gaz vers le bas, les gaz exercent une force vers le haut sur la fusée. Il s'applique aussi à la marche : le pied pousse le sol vers l'arrière, le sol pousse le pied vers l'avant.
⭐ À retenir
Les forces d'action et de réaction ne se compensent pas car elles s'exercent sur des systèmes différents.
🔍 Exemple
Un nageur pousse l'eau vers l'arrière, l'eau le pousse vers l'avant.
💡 À retenir : Les forces d'interaction sont toujours égales et opposées, mais elles s'appliquent sur des corps différents.