2.2

Lois de Newton

Fiche de cours

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Fiche 2.2 — Lois de Newton

Thème : Mouvements et interactions (1) — Semestre : 1 — Chapitre : 2.2

Objectifs

Renforcer la mise en équation d'un problème de mécanique (bilan des forces, projection de la 2ème loi sur la base choisie), développer l'analyse qualitative d'une équation différentielle (stabilité, positions d'équilibre, vitesse limite, durée ou période typique), articuler cette analyse avec la résolution numérique, et confronter les modèles de forces à leurs limites de validité (modélisation et validation).


1. Quantité de mouvement


2. Première loi — Principe d'inertie


3. Troisième loi — Action et réaction


4. Deuxième loi — Théorème de la quantité de mouvement


5. Champ de pesanteur uniforme — Mouvement parabolique


6. Frottement fluide

Modèles

Chute verticale avec frottement linéaire

Adimensionnement

Régime quadratique

Simulation numérique


7. Élasticité linéaire — Ressort


8. Tension d'un fil — Pendule simple

Fil inextensible, de masse négligeable

Pendule simple


9. Frottement de glissement — Lois de Coulomb

Modèle

Trois situations

  1. Équilibre (pas de glissement, v=0\vec v=\vec 0) : TμsRn|\vec T|\leq \mu_s |\vec R_n|. La composante tangentielle s'ajuste pour équilibrer les autres forces tant que TμsRn|\vec T|\leq \mu_s|\vec R_n|.
  2. Mise en mouvement : le glissement démarre dès que la force tangentielle imposée dépasse le seuil T=μsRn|\vec T|=\mu_s|\vec R_n|.
  3. Freinage / glissement effectif (v0\vec v\neq\vec 0) : T=μdRnuv\vec T=-\mu_d|\vec R_n|\,\vec u_{\vec v}, opposée à la vitesse de glissement, avec μdμs\mu_d\leq \mu_s.

Cône de frottement — Angle critique

Méthode : hypothèse de glissement / non-glissement

  1. Formuler une hypothèse (par ex. : "il n'y a pas glissement" \Rightarrow v=0\vec v=\vec 0 et TμsRn|\vec T|\leq\mu_s|\vec R_n| ; ou bien "glissement selon +ux+\vec u_x" \Rightarrow T=μdRnux\vec T=-\mu_d|\vec R_n|\,\vec u_x).
  2. Résoudre le bilan des forces et la 2ème loi sous cette hypothèse (calculer TT et RnR_n).
  3. Valider : vérifier que la condition associée est satisfaite (TμsRn|\vec T|\leq\mu_s|\vec R_n| pour le non-glissement ; sens de T\vec T cohérent avec v\vec v pour le glissement). Si la validation échoue, reprendre l'autre hypothèse.

10. Savoir-faire exigibles


11. Pièges et points clés