Mouvement dans le champ de pesanteur uniforme

 Publié le December 18, 2020  |  21 minutes  |  4320 mots  |  

Champ de pesanteur

Notion de champ

En physique, un champ est la valeur, en chaque point de l’espace, d’une grandeur physique. Cette grandeur physique peut être scalaire (pression, température, etc.) ou vectorielle (vitesse, champ électrique, etc.).

Les physiciens pensent que toutes les interactions sont assurées par des champs (gravitationnel, électromagnétique, nucléaire, etc). Un corps $A$ suscite l’apparition dans l’espace d’un champ de forces qui se manifeste par des forces appliquées à n’importe quel objet $B$ placé en ce point (et sensible à cette interaction bien sûr). Ce champ de forces existe que l’objet $B$ soit présent ou pas et peut perdurer après la disparition ou le déplacement du corps $A$1.

[Lire]
Deuxième loi de Newton  Équation différentielle  Chute libre  Intégration  Condition initiale  Équations horaires  Théorème de l'énergie cinétique  Théorème de l'énergie mécanique  Champ de pesanteur  Champ  Poussée d'Archimède  Force de frottement fluide 

Équilibre d'un système

 Publié le December 6, 2020  |  4 minutes  |  694 mots  |  

Les lois de Newton seules sont insuffisantes pour décrire l’équilibre des systèmes dans le cas général. Leur utilisation conduit cependant à la solution des problèmes dans les deux cas suivants :

  • Le système est soumis à deux forces ayant même droite d’action ;
  • Le système est soumis à plusieurs forces coplanaires et concourantes.

Exercice 1

Un ressort, dont l’une des extrémités est liée à un point fixe, s’allonge proportionnellement à l’intensité de la force appliquée à son autre extrémité.
$$F = k \cdot \Delta l$$
où $\Delta l$ est l’allongement du ressort.
Remarque.
$k$, le coefficient de proportionnalité, est appelé constante de raideur du ressort ; son unité est le newton par mètre.

Appliquons cette caractéristique dans le cas particulier suivant : une masse $m = \pu{2 kg}$ est fixée à l’extrémité d’un ressort accroché au plafond. Quel est l’allongement de ce ressort ?

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Deuxième loi de Newton  Équilibre 

Accélération et premières applications des lois de Newton

 Publié le December 5, 2020  |  3 minutes  |  593 mots  |  

Accélération

Exercice 1

La valeur de la vitesse d’une voiture se déplaçant en ligne droite passe de $\pu{10 m.s-1}$ à $\pu{40 m.s-1}$ en $\pu{5 s}$. Calculer la valeur moyenne de l’accélération.

Exercice 2

La valeur de la vitesse d’un cycliste se déplaçant en ligne droite passe de $\pu{15 m.s-1}$ à $\pu{3 m.s-1}$ en $\pu{6 s}$. Calculer la valeur moyenne de l’accélération.

Exercice 3

Une moto est capable de maintenir une accélération constante en ligne droite égale à $\pu{3 m.s-2}$. En supposant que sa vitesse initiale est nulle, déterminer la valeur de la vitesse de la moto après : a) $\pu{6 s}$, b) $\pu{4 s}$, c) $\pu{13,5 s}$, d) $t$.

[Lire]
Deuxième loi de Newton  Accélération  Forces  Composantes d'une force 

Plan à suivre pour résoudre un problème en mécanique

 Publié le December 5, 2020  |  3 minutes  |  455 mots  |  

Méthode

  1. Établir le diagramme objets-interactions.
  2. Définir le système mécanique.
  3. Indiquer le référentiel dans lequel le mouvement est étudié et préciser qu’il sera considéré comme étant galiléen (en terminale au moins).
  4. Faire le bilan des interactions auxquelles le système mécanique est soumis et modéliser chacune des interactions en donnant le maximum de détails.
  5. Schématiser la situation.
  6. Raisonnement 1 Écrire la deuxième loi de Newton appliquée au centre d’inertie du système.
  • En déduire le vecteur accélération du centre d’inertie du système.
  • (Si l’exercice le demande) Remonter aux équations horaires du mouvement.
  1. Raisonnement 2 Si le problème est à une dimension et/ou se concentre sur deux positions du mouvement, utiliser le théorème de l’énergie cinétique ou le théorème de l’énergie mécanique (cf. rappels de première sur l’énergie du chapitre 8).

Exemple

Jean soulève une valise de masse $m = \pu{25 kg}$. Quelle est la valeur de l’accélération du centre d’inertie de la valise si la force exercée sur celle-ci par Jean est verticale et a pour valeur (constante) $F = \pu{300 N}$ ?

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Deuxième loi de Newton  Résolution de problème 

Les lois de Newton

 Publié le November 27, 2020  |  9 minutes  |  1757 mots  |  

Système mécanique et interactions

Qu’est-ce qu’un système mécanique ?

Un système mécanique est un objet ou un ensemble d’objets dont on détermine le mouvement à partir de l’étude des interactions auxquelles il est soumis. Un système mécanique est dit fermé si sa masse ne varie pas au cours du mouvement, ouvert dans le cas contraire.

Remarque.
Dans la suite de ce chapitre, on ne traitera que le cas des systèmes fermés.

Interactions

  • Quand un système $A$ agit sur un système $B$, $B$ agit simultanément sur $A$. On dit que $A$ et $B$ sont en interaction. L’action de $A$ sur $B$ est notée $A/B$. Cet énoncé s’applique dans toutes les situations, que les systèmes soient au repos ou en mouvement.

    [Lire]
Trajectoire  Vecteur vitesse  Vitesse  Vecteur accélération  Accélération  Référentiel  Première loi de Newton  Deuxième loi de Newton  Troisième loi de Newton  Base de frenet  Repère cartésien  Interaction  Diagramme objets-interactions  Mouvement uniforme  Mouvement rectiligne  Mouvement circulaire  Vecteur uniforme  Vecteur constant  Mouvement uniformément accéléré