Quelles sont les Lois du mouvement de Newton?

1. Un objet au repos reste au repos, et un objet en mouvement reste en mouvement à vitesse constante et en ligne droite à moins d’être sollicité par une force déséquilibrée.
2. L’accélération d’un objet dépend de la masse de l’objet et de la quantité de force appliquée.
3. Chaque fois qu’un objet exerce une force sur un autre objet, le second objet exerce une force égale et opposée sur le premier.

Sir Isaac Newton a travaillé dans de nombreux domaines des mathématiques et de la physique. Il a développé les théories de la gravitation en 1666 alors qu’il n’avait que 23 ans. En 1686, il présente ses trois lois du mouvement dans les  » Principia Mathematica Philosophiae Naturalis « . »

En développant ses trois lois du mouvement, Newton a révolutionné la science. Les lois de Newton ainsi que les lois de Kepler ont expliqué pourquoi les planètes se déplacent sur des orbites elliptiques plutôt que sur des cercles.

Voici un court métrage mettant en vedette Orville et Wilbur Wright et une discussion sur la façon dont les lois du mouvement de Newton s’appliquaient au vol de leur avion.

Première loi de Newton: Inertie

Un objet au repos reste au repos, et un objet en mouvement reste en mouvement à vitesse constante et en ligne droite à moins d’être sollicité par une force déséquilibrée.

La première loi de Newton stipule que chaque objet restera au repos ou en mouvement uniforme en ligne droite, à moins d’être contraint de changer d’état par l’action d’une force extérieure. Cette tendance à résister aux changements d’état de mouvement est l’inertie. Il n’y a pas de force nette agissant sur un objet (si toutes les forces externes s’annulent). Ensuite, l’objet maintiendra une vitesse constante. Si cette vitesse est nulle, l’objet reste au repos. Si une force externe agit sur un objet, la vitesse changera à cause de la force.

Exemples d’inertie impliquant l’aérodynamique:

• Le mouvement d’un avion lorsqu’un pilote modifie le réglage des gaz d’un moteur.
• Le mouvement d’une balle tombant dans l’atmosphère.
• Une fusée modèle lancée dans l’atmosphère.
• Le mouvement d’un cerf-volant lorsque le vent change.

Deuxième Loi de Newton: Force

L’accélération d’un objet dépend de la masse de l’objet et de la quantité de force appliquée.

Sa deuxième loi définit une force comme étant égale au changement de moment (masse fois vitesse) par changement de temps. La quantité de mouvement est définie comme étant la masse m d’un objet multipliée par sa vitesse V.

Supposons que nous ayons un avion en un point « 0 » défini par son emplacement X0 et son temps t0. L’avion a une masse m0 et se déplace à la vitesse V0. Une force extérieure F à l’avion représentée ci-dessus le déplace au point « 1 ». Le nouvel emplacement de l’avion est X1 et l’heure t1.

La masse et la vitesse de l’avion changent pendant le vol aux valeurs m1 et V1. La deuxième loi de Newton peut nous aider à déterminer les nouvelles valeurs de V1 et m1, si nous savons quelle est la force F. Prenons simplement la différence entre les conditions au point « 1 » et les conditions au point « 0 ».

F =(m1 * V1 –m0 * V0) / (t1–t0)

La deuxième loi de Newton parle des changements de momentum (m * V) donc, à ce stade, nous ne pouvons pas séparer combien la masse a changé et combien la vitesse a changé. Nous savons seulement combien de produit (m * V) a changé.

Supposons que la masse reste une valeur constante égale à m. Cette hypothèse est plutôt bonne pour un avion, le seul changement de masse serait pour le carburant brûlé entre le point « 1 » et le point « 0 ». Le poids du carburant est probablement faible par rapport au poids du reste de l’avion, surtout si nous ne regardons que de petits changements dans le temps. Si nous discutions du vol d’une balle de baseball, alors la masse reste certainement une constante. Mais si nous discutions du vol d’une fusée à bouteille, la masse ne reste pas une constante et nous ne pouvons que regarder les changements d’élan. Pour une masse constante m, la deuxième loi de Newton ressemble à:

F = m *(V1-V0) /(t1–t0)

Le changement de vitesse divisé par le changement de temps est la définition de l’accélération a. La deuxième loi se réduit alors au produit plus familier d’une masse et d’une accélération :

F = m *a

Rappelez-vous que cette relation n’est bonne que pour les objets qui ont une masse constante. Cette équation nous indique qu’un objet soumis à une force extérieure va accélérer et que la quantité de l’accélération est proportionnelle à la taille de la force. La quantité d’accélération est également inversement proportionnelle à la masse de l’objet; pour des forces égales, un objet plus lourd subira moins d’accélération qu’un objet plus léger. Compte tenu de l’équation de la quantité de mouvement, une force provoque un changement de vitesse; et de même, un changement de vitesse génère une force. L’équation fonctionne dans les deux sens.

La vitesse, la force, l’accélération et l’élan ont à la fois une magnitude et une direction qui leur sont associées. Les scientifiques et les mathématiciens appellent cela une quantité vectorielle. Les équations présentées ici sont en fait des équations vectorielles et peuvent être appliquées dans chacune des directions des composantes. Nous n’avons regardé qu’une direction et, en général, un objet se déplace dans les trois directions (haut-bas, gauche-droite, avant-arrière).

Exemple de force impliquant l’aérodynamique:

• Mouvement d’un aéronef résultant des forces aérodynamiques, de la masse de l’aéronef et de la poussée.

Troisième Loi de Newton: Action & Réaction

Chaque fois qu’un objet exerce une force sur un deuxième objet, le deuxième objet exerce une force égale et opposée sur le premier.

Sa troisième loi stipule que pour chaque action (force) dans la nature, il y a une réaction égale et opposée. Si l’objet A exerce une force sur l’objet B, l’objet B exerce également une force égale et opposée sur l’objet A. En d’autres termes, les forces résultent d’interactions.

Exemples d’action et de réaction impliquant l’aérodynamique:

• Le mouvement de portance d’un profil aérodynamique, l’air est dévié vers le bas par l’action du profil aérodynamique, et en réaction, l’aile est poussée vers le haut.
• Le mouvement d’une balle en rotation, l’air est dévié d’un côté et la balle réagit en se déplaçant dans le sens opposé
• Le mouvement d’un moteur à réaction produit une poussée et des gaz d’échappement chauds s’écoulent à l’arrière du moteur, et une force de poussée est produite dans la direction opposée.

Examiner les lois du mouvement de Newton

1. La Première Loi du mouvement de Newton (Inertie)	Un objet au repos reste au repos, et un objet en mouvement reste en mouvement à vitesse constante et en ligne droite à moins d’être actionné par une force déséquilibrée.
2. Deuxième Loi du mouvement de Newton (Force)	L’accélération d’un objet dépend de la masse de l’objet et de la quantité de force appliquée.
3. Troisième Loi du mouvement de Newton (Action & Réaction)	Chaque fois qu’un objet exerce une force sur un autre objet, le deuxième objet exerce une force égale et opposée sur le premier.