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(16) les lois de newton sur le mouvement
1.   Force et inertie

 Isaac Newton

    Isaac Newton est né en 1642, l'année de la mort de Galilée. Presque toutes ses années créatrices ont été passées à l'université de Cambridge, en Angleterre, d'abord en tant qu'étudiant, plus tard en tant que professeur, considérablement honoré. Il ne s'est jamais marié, et sa personnalité continue à intriguer les actuels étudiants: réservé, parfois secret, embarqué dans des querelles personnelles avec certains disciples ,et pourtant quelquefois généreux, accordant son attention non seulement à la physique et aux mathématiques, mais également à la religion et à l'alchimie.

    Mais tout le monde est d'accord sur sa brillante intelligence. Trois problèmes captivaient les scientifiques de son temps : les lois du mouvement, les lois des orbites planétaires, et les mathématiques des quantités variables ininterrompues, on dit maintenant calcul différentiel et intégral. On peut dire que Newton a été le premier à résoudre chacun d'entre eux. C'est si merveilleux que le poète Alexandre Pope, qui vécu à l'époque de Newton, écrit

    La nature et ses lois était noyés dans la nuit
    Dieu dit: "Vas y , Newton!" et tout fut lumineux


        les " Trois lois de Newton " sont à la base de la théorie du mouvement, par exemple, de celui des orbites et des fusées.
        Cette section expose les deux concepts sur lesquels ils sont basés:
Force     et     Inertie


Pour les références ultérieures, les trois lois de newton sont ici énumérées selon leurs formulation classique:


  1. 1. En l'absence de force, un objet ("corps") immobile reste immobile, et un corps se déplaçant à vitesse constante en ligne droite continue indéfiniment à le faire.


  2. 2. Si une force est appliquée à un objet, celui ci accélère. L'accélération " a " qui se produit dans la direction de la force, est proportionnelle à celle ci et inversement proportionnelle à la masse déplacée. En unités appropriées :

    a = F/m

    ou sous la forme habituellement trouvée dans les manuels :

    F = m a

    Plus exactement, on devrait écrire

    F = ma

    avec les vecteurs F et a dans la même direction (notés ici en gras). Cependant, si il n'y a qu' une seule direction, une formulation plus simple peut également être employée.


  3. " Loi de la réaction, parfois exposée comme "à chaque action ,il y a une réaction égale et opposée." En termes plus explicites :

    " les forces se produisent toujours par paires, en directions opposées et en grandeurs égales. Si le corps #1 agit avec la force F sur le corps # 2, alors le corps #2 agit sur le corps #1 avec la même force, égale et de direction opposée."


Prochaine étape: #17 La Masse des Corps

            Chronologie                     Glossaire

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      Auteur et responsable :   Dr. David P. Stern
     Mail au Dr.Stern:   stargaze("at" symbol)phy6.org

Traduction française: Guy Batteur guybatteur(arobase )wanadoo.fr


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Dernière mise à jour : 12.13.2001


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Cependant... . "pour assimiler un concept," il faut aller au delà des définitions formelles et avoir une idée intuitive de leur signification. La Science se développe aussi souvent comme cela : On commence par "une définition fonctionnelle provisoire," puis quand on la comprend mieux, on la remplace par une autre plus précise. C' est l'approche qui est employée ici. Les explications peuvent être un peu longues, mais leur lecture est plus facile à l'étudiant que le néant de ne pas pouvoir comprendre ! .    

Le concept de force

  Comme définition provisoire, appelons "force" ce qui provoque ou change le mouvement.

  Une force bien connue de tous est le poids des objets, cette force qui les entraîne vers le bas, vers le centre de la terre. Nous pouvons mesurer cette force (pour l'instant, provisoirement) en kilogrammes à l'aide de poids, ou de leur équivalent : par exemple, un ressort en spirale peut être comprimé ou étiré par des poids, ou inversement indiquer la valeur d'une force qui le comprime ou l'étire.

  En analysant les expériences sur des forces banales pour tous, y compris pour Newton -- nous pouvons distinguer deux situations de base dans lesquelles la force crée le mouvement

  1. La force s'applique à un objet qui est soumis à une résistance externe.
  2. La force s'applique à un objet dont la resistance est négligeable .

1. Mouvement contre résistance extérieure

  Ce genre de mouvement a déjà été discuté dans une précédente section, en liaison avec le concept de " travail." Les exemples affluent :
  • soulever un livre du plancher à la table (la force est produit par la main qui soulève et doit surmonter l'attraction de haut en bas de la pesanteur)
  • - traîner une table à travers la salle (la main doit surmonter le frottement du plancher),
  • - Un avion de ligne à 600 M/H (la poussée de ses moteurs surmonte la résistance de l'air)
La vitesse du mouvement n'entre pas ici en ligne de compte. En principe, elle peut même être éventuellement nulle:
  • -une table reste sur le plancher, sans s'enfoncer. (la force de haut en bas du poids de la table rencontre la résistance du plancher, qui ne lui permet pas de se déplacer pour tomber plus bas. La vitesse de haut en bas est nulle et les forces sont équilibrées ("en équilibre.")

2. Mouvements Sans Résistance Significative

  ICe fut toute la perspicacité de Newton de montrer qu'en l'absence de résistance externe, les mouvements en ligne droite et à vitesse constante continuent indéfiniment. Aucune force n'est nécessaire. . C'est la première loi de Newton sur le mouvement :

    "En l'absence de forces externes, le mouvement en ligne droite et à vitesse constante continue indéfiniment"

  Un galet de hockey glissant sur un plan de glace peut parcourir de grandes distances, et plus la glace est lisse, plus il va loin. Newton s'est rendu compte que ce qui finalement arrête de tels mouvements est le frottement de surface. Si une glace idéalement lisse pouvait être produite, sans frottement du tout et se prolongeant à des distances illimitées, le galet continuerait indéfiniment, ne s'arrêtant jamais, dans la même direction et à la même vitesse qu'initialement..

L'application d'une force , en l'absence de résistance , augmente la vitesse d'un objet :   elle l'accélère.  

Cependant, même sans résistance externe, il reste une résistance interne, propre à l'objet lui-même . Un astronaute poussant un satellite d'une tonne hors du compartiment de cargaison de la navette spatiale constate rapidement que quoique le satellite semble "léger," il n'est pas facilement déplacé. L'astronaute donnant une poussée , il commencera en effet à se déplacer, mais t-r-è-s   t-r-è-s   L-E-N-T-E-M-E-N-T . Il résiste à la mise en mouvement, et une fois qu'il se déplace, il résiste suffisamment pour être ralenti ou arrêté.

Newton a appelé cette résistance interne : inertie .

  Evidemment, l'inertie augmente avec la quantité de matière. Une boule de bowling est plus difficile à mobiliser et à arrêter qu'un ballon en caoutchouc de même taille.

  La boule de bowling est également plus lourde, donc elle est attirée vers le bas avec une plus grande force : mais le poids est un effet de la pesanteur, et non l'inertie. D'une certaine façon, les deux vont de paires , et la prochaine section examine cet aspect.

Compléments

  Supertankers Les pétroliers géants ("gros porteurs de brut") sont des grands bateaux capables de transporter 150-300.000 tonnes de pétrole brut, à environ 18 M/H (presque 30 km/h). Une si lourde charge implique une énorme inertie. Même avec leurs moteurs mis en marche arrière, les pétroliers géants ont besoin d'un mille ou plus pour s'arrêter, et il leur est également difficile de virer. Pourtant leurs épaves doivent être évitées à tout prix, en raison des énormes dégâts écologiques que causent les flaques de pétrole.

  On forme des officiers pour pétroliers géants dans un service en Hollande (Nederland) en pilotant une maquette de pétrolier géant sur un lac. La reproduction est d'environ 25 pieds de long, et l'officier s'y installe, seule sa tête dépasse. Bien que petit, le bateau est lourd et surchargé. Il n'a qu'un petit moteur, de la taille d'un moteur " hors bord " pour les petites embarcations, et son gouvernail est également réduit. Par conséquent, quoique le bateau ait bien moins de vitesse qu'un pétrolier géant, il est aussi difficile à arrêter et à manœuvrer (dans l'espace limité du lac), et peut donc former des officiers pour la manipulation des bateaux fortement chargés.

En savoir plus

Une liste de liens se rapportant à Isaac Newton, à sa vie et à travail.

  Le portrait de Newton au début de cette section, peut-être le plus ressemblant, a été peint en 1689 par Godfrey Kneller, et pendant 150 années n'a seulement été connu que de quelques uns. Pour son historique et quelques autres portraits, voir les "images de Newton," Endeavour, 24 p. 51-52, No. 2, 2000.