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Principe d’inertieLa première loi de Newton, ou principe d’inertie, décrit le mouvement d’un système isolé ou pseudo-isolé. Si les forces qui s’exercent sur un système se compensent, alors son centre de masse persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme. Cette loi rompt avec l’idée aristotélicienne qu’une force est nécessaire pour entretenir un mouvement. Dans la vie quotidienne, une rondelle de hockey glissant sur une glace parfaitement lisse s’approche d’un mouvement rectiligne uniforme car les frottements sont très faibles. Elle permet de définir les référentiels galiléens, dans lesquels le principe d’inertie est vérifié.
💡 À retenir : En l’absence de force résultante, la vitesse vectorielle du système est constante.
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Relation force-accélérationLa deuxième loi de Newton, ou principe fondamental de la dynamique, relie la variation de la vitesse à la somme des forces extérieures. Pour un système de masse constante, la résultante des forces est égale au produit de la masse par l’accélération du centre de masse. Cette loi vectorielle explique pourquoi une poussée plus forte accélère davantage un chariot de supermarché, et pourquoi un chariot plus lourd accélère moins pour une même poussée. Elle permet de prévoir le mouvement d’un objet si l’on connaît les forces, ou de déduire une force inconnue à partir de l’accélération mesurée.
💡 À retenir : La somme des forces extérieures est proportionnelle à l’accélération, la masse étant le coefficient de proportionnalité.
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Action et réactionLa troisième loi de Newton énonce que si un système A exerce une force sur un système B, alors B exerce simultanément une force opposée sur A. Ces deux forces ont la même direction, la même intensité, mais des sens opposés. Elles s’appliquent sur deux systèmes différents et ne se compensent donc jamais. Cette loi explique pourquoi un nageur avance en poussant l’eau vers l’arrière, ou pourquoi une fusée décolle en éjectant des gaz vers le bas. Elle est universelle et s’applique à toutes les interactions, qu’elles soient de contact ou à distance.
💡 À retenir : Les forces d’interaction sont toujours réciproques et opposées : F_{A/B} = -F_{B/A}.
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Méthode de résolutionPour résoudre un problème de mécanique, on commence par définir le système et le référentiel d’étude, généralement galiléen. On dresse ensuite l’inventaire des forces extérieures (poids, tension, frottements, etc.) et on les représente sur un diagramme objet-interactions. On applique la deuxième loi de Newton sous forme vectorielle, puis on projette sur des axes bien choisis pour obtenir des équations scalaires. Enfin, on résout ces équations pour déterminer l’accélération, une force inconnue ou une équation horaire. Cette démarche systématique permet d’aborder des situations variées, du plan incliné au mouvement d’un projectile.
💡 À retenir : Projeter la 2e loi sur des axes pertinents transforme une relation vectorielle en équations scalaires exploitables.