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Physique-Chimie · Prépa concours post-bac — Écoles militaires & royales

Les lois de Newton

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

  1. Référentiels : L'étude du mouvement nécessite un référentiel (souvent terrestre, géocentrique ou héliocentrique).
  2. Deuxième loi de Newton : Dans un référentiel galiléen, la somme des forces extérieures appliquées à un solide de masse $m$ est égale au produit de sa masse par son accélération : $$\sum \vec{F}_{ext} = m \cdot \vec{a}_G$$
  3. Vecteurs cinématiques :
    • Position : $\vec{OG} = x\vec{i} + y\vec{j} + z\vec{k}$
    • Vitesse : $\vec{v}_G = \frac{d\vec{OG}}{dt} = \dot{x}\vec{i} + \dot{y}\vec{j} + \dot{z}\vec{k}$
    • Accélération : $\vec{a}_G = \frac{d\vec{v}_G}{dt} = \ddot{x}\vec{i} + \ddot{y}\vec{j} + \ddot{z}\vec{k}$

Méthodes à maîtriser

  • Bilan des forces : Identifier toutes les forces agissant sur le système (poids, réaction, tension, frottements).
  • Projection : Projeter la relation vectorielle sur les axes du repère choisi pour obtenir les équations différentielles.
  • Intégration : Déterminer les équations horaires $v(t)$ et $x(t)$ en utilisant les conditions initiales ($v_0$ et $x_0$ à $t=0$).

Exemples corrigés

Exemple : Un solide glisse sur un plan horizontal sans frottements sous l'action d'une force $\vec{F}$ horizontale.

  1. Bilan : Poids $\vec{P}$, Réaction $\vec{R}$, Force $\vec{F}$.
  2. Newton : $\vec{P} + \vec{R} + \vec{F} = m\vec{a}_G$.
  3. Projection sur Ox : $F = m \cdot a_x \implies a_x = F/m$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier de préciser le référentiel galiléen.
  • Se tromper dans le signe lors de la projection des forces.
  • Confondre la dérivée de la position avec la position elle-même.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Les lois de Newton

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Si la somme des forces est nulle, le solide est :

❓ Questions fréquentes

C'est quoi un référentiel galiléen ?

C'est un référentiel dans lequel le principe d'inertie est vérifié. Pour le programme, on considère le référentiel terrestre comme galiléen pour les mouvements de courte durée.

💡 À retenir : Sans référentiel galiléen, la 2ème loi de Newton ne s'applique pas.

Kifach n7seb l'accélération ila 3ndi la vitesse?

Il suffit de dériver la fonction de la vitesse par rapport au temps : $a = \frac{dv}{dt}$. Si $v(t)$ est une droite, $a$ est le coefficient directeur.

💡 À retenir : L'accélération est la dérivée première de la vitesse.

Est-ce que le poids change si on change de planète ?

Oui, car le poids $\vec{P} = m\vec{g}$. La masse $m$ est constante, mais l'intensité de la pesanteur $g$ dépend de la masse et du rayon de la planète.

💡 À retenir : Le poids est une force locale, la masse est une propriété intrinsèque.

Chno hiya la différence bin la masse et le poids ?

La masse ($m$) est la quantité de matière (en kg), elle ne change jamais. Le poids ($P$) est une force (en N) qui dépend de la gravité.

💡 À retenir : $P = m \times g$.

Comment projeter le poids sur un plan incliné d'un angle alpha ?

Sur un axe perpendiculaire au plan, $P_y = -mg \cos(\alpha)$. Sur l'axe parallèle au plan, $P_x = mg \sin(\alpha)$.

💡 À retenir : Faire un schéma clair est indispensable pour ne pas se tromper d'angle.

Wach l'accélération katkon dima positive ?

Non, l'accélération est un vecteur. Sa valeur algébrique dépend de l'orientation de l'axe choisi. Elle peut être négative si le mouvement est un freinage.

💡 À retenir : Le signe dépend de l'axe, pas de la nature du mouvement.

Pourquoi on néglige souvent les frottements ?

Pour simplifier les calculs mathématiques dans les exercices de base, mais dans la réalité, ils existent toujours.

💡 À retenir : Toujours lire l'énoncé pour savoir s'ils sont négligés ou non.

Comment trouver les constantes d'intégration ?

On utilise les conditions initiales : à $t=0$, on connaît la position $x(0)$ et la vitesse $v(0)$. On remplace dans les équations.

💡 À retenir : Les constantes ne sont pas toujours nulles !

Est-ce que la 3ème loi de Newton s'applique aux objets en mouvement ?

Oui, le principe des actions réciproques est toujours vrai, que les objets soient immobiles ou en mouvement.

💡 À retenir : $\vec{F}{A/B} = -\vec{F}{B/A}$.

Kifach n3ref wach l'mouvement rectiligne uniforme ?

Si l'accélération est nulle ($a=0$), alors la vitesse est constante. C'est un mouvement rectiligne uniforme.

💡 À retenir : $a=0 \iff v=cste$.

Est-ce que la force de réaction est toujours perpendiculaire au support ?

Seulement s'il n'y a pas de frottements. S'il y a des frottements, la réaction est inclinée.

💡 À retenir : $\vec{R} = \vec{R}_n + \vec{f}$.

Comment passer de l'accélération à la position ?

Il faut intégrer deux fois : d'abord pour avoir la vitesse, puis pour avoir la position.

💡 À retenir : $a \xrightarrow{\int} v \xrightarrow{\int} x$.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Un solide de masse $m=0,5$ kg est lâché sans vitesse initiale sur un plan incliné d'un angle $\alpha = 30^\circ$ par rapport à l'horizontale. On néglige les frottements. Calculer l'accélération du solide.

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Exercice 2

Un mobile est soumis à une force constante $\vec{F}$ telle que son accélération est $a = 2$ m/s². À $t=0$, $x_0 = 0$ et $v_0 = 5$ m/s. Déterminer l'équation horaire $x(t)$.

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Exercice 3

Un solide est lancé vers le haut sur un plan incliné avec une vitesse initiale $v_0 = 10$ m/s. L'accélération est $a = -g \sin(\alpha)$. Si $\alpha = 30^\circ$, au bout de combien de temps s'arrête-t-il ?

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