Physique-Chimie — Première
Forces et lois de Newton — Première Physique-Chimie
Les trois lois de Newton, bilan des forces, poids, réaction normale et frottements.
Par ProfBot
Forces et lois de Newton — Première Physique-Chimie
🎯 Objectif : Appliquer les lois de Newton pour analyser tout mouvement.
1. Notions de force
Une force est une action mécanique exercée par un objet sur un autre.
Caractéristiques d'un vecteur force :
- Point d'application
- Direction
- Sens
- Intensité (en Newtons)
Force de contact : réaction normale, frottements Force à distance : poids, force électrostatique, force magnétique
2. Première loi de Newton — Principe d'inertie
Un système reste en mouvement rectiligne uniforme (ou au repos) si et seulement si la résultante des forces exercées sur lui est nulle.
Si ΣF⃗ = 0⃗ → v⃗ = constante (MRU ou repos)
Si v⃗ = constante → ΣF⃗ = 0⃗
3. Deuxième loi de Newton — PFD
La somme vectorielle des forces exercées sur un système est égale au produit de sa masse par son accélération.
ΣF⃗ = m × a⃗
| Grandeur | Symbole | Unité |
|---|---|---|
| Résultante | ΣF⃗ | Newton (N) |
| Masse | m | kilogramme (kg) |
| Accélération | a⃗ | m·s⁻² |
Projection sur un axe :
ΣFₓ = m × aₓ (axe x)
ΣFᵧ = m × aᵧ (axe y)
4. Troisième loi de Newton — Actions réciproques
Si A exerce une force F⃗(A→B) sur B, alors B exerce sur A une force F⃗(B→A) opposée.
F⃗(A→B) = -F⃗(B→A)
Même norme, même direction, sens opposé.
⚠️ Ces deux forces s'appliquent sur deux objets différents → elles ne se compensent pas !
5. Le poids
Le poids est la force gravitationnelle exercée par la Terre sur un objet.
P⃗ = m × g⃗
g ≈ 9,81 m/s² sur Terre (≈ 10 m/s² en calculs)
Direction : vertical, vers le bas.
⚠️ Poids ≠ Masse !
- Masse (kg) : propriété intrinsèque, ne change pas
- Poids (N) : force, dépend de g (varie selon la planète)
6. Réaction normale
Force exercée par une surface sur un objet en contact, perpendiculaire à la surface.
Sur plan horizontal : N = P = mg (si le seul contact est horizontal)
Sur plan incliné d'angle θ :
N = mg × cos(θ)
7. Frottements
Force de frottement solide (statique et cinétique) :
f ≤ μₛ × N (statique : l'objet ne bouge pas)
f = μₖ × N (cinétique : l'objet glisse)
Direction : opposée au mouvement (ou à la tendance au mouvement).
Frottement fluide (viscosité) :
- Proportionnel à la vitesse pour les vitesses faibles
- Proportionnel au carré de la vitesse pour les vitesses élevées
8. Méthode — 5 étapes pour résoudre
- Système : définir clairement l'objet étudié
- Bilan des forces : lister et dessiner toutes les forces
- Repère : choisir les axes de projection
- PFD : ΣF⃗ = ma⃗, projeter sur chaque axe
- Résolution : calculer les inconnues
Exemple — Bloc sur plan incliné
Bloc m = 5 kg, angle θ = 30°, sans frottement.
Forces : Poids P = mg (vers le bas), réaction N (perpendiculaire au plan)
Axes : x le long du plan (vers le bas du plan), y perpendiculaire au plan.
Axe x : mg sin30° = ma → a = g sin30° = 10 × 0,5 = 5 m/s²
Axe y : N - mg cos30° = 0 → N = mg cos30° = 5×10×(√3/2) ≈ 43,3 N
📝 Exercices
- Objet de 2 kg soumis à une seule force de 10 N. Accélération ?
- Voiture 1500 kg, poussée 3000 N, frottement 500 N. Accélération ?
- Parachutiste 80 kg en chute. Quelle frottement pour v constante ?
- Plan incliné θ=20°, μ=0,3, masse=10 kg. Accélération ?
- Deux blocs liés : A (3 kg) tire B (2 kg). Force totale = 20 N. Accélération du système ?
✅ À retenir
ΣF⃗ = ma⃗ (PFD) ΣF⃗=0 → MRU
P = mg g ≈ 9,81 m/s²
N = mg cosθ (plan incliné)
Frottement : f = μN (opposé au mouvement)
3ème loi : F(A→B) = -F(B→A)