Forces et lois de Newton : guide d’étude

Idées clés

Les lois de Newton relient force et mouvement. La force résultante sur un objet est égale à sa masse multipliée par son accélération, et chaque force a une force partenaire égale et opposée qui s’exerce sur un autre objet.

• Dessinez un diagramme des forces avec toutes les forces sur l’objet, puis additionnez-les comme des vecteurs : ΣF = ma, séparément sur chaque axe.
• Le poids vaut mg et est dirigé vers le bas. La force normale est perpendiculaire à la surface et n’est pas toujours égale au poids.
• Le frottement cinétique vaut μ_c N et s’oppose au glissement. Le frottement statique s’ajuste jusqu’à un maximum de μ_s N.
• Sur un plan incliné, décomposez le poids en mg sin θ le long de la pente et mg cos θ contre la surface.

Équations clés

• ΣF = ma
• W = mg
• f = μN
• a = g sin θ (frictionless incline)
• F = kx (Hooke’s law)

Exemple résolu

Une caisse de 10 kg glisse sur un plan incliné à 30° avec μ_c = 0,20 (g = 9,8 m/s²). Le long de la pente : mg sin θ = 10 × 9,8 × 0,5 = 49 N. Frottement : μ_c mg cos θ = 0,20 × 10 × 9,8 × 0,866 = 17 N. La force résultante est 32 N, donc a = 32 ÷ 10 = 3,2 m/s².

Erreurs fréquentes

• Supposer que la force normale vaut toujours mg. Sur un plan incliné, ou avec d’autres forces verticales, elle est différente.
• Traiter un couple action-réaction comme deux forces sur le même objet. Elles s’exercent sur des objets différents et ne s’annulent jamais.
• Utiliser le poids au lieu de la force normale dans la formule du frottement.

Pratique

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