Troisième loi de Newton: explications, applications, expériences et exercices
La troisième loi de Newton, également appelée loi d'action et états de réaction, stipule que lorsqu'un objet exerce une force sur un autre, celui-ci exerce également sur le premier une force d'égale grandeur, de direction et de direction opposée.
Isaac Newton a fait connaître ses trois lois en 1686 dans son livre Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ou Principes mathématiques de la philosophie naturelle.
Le mouvement qui se produit ensuite est la séparation des deux patineurs dans des directions opposées. En principe, les patineurs étaient au repos au milieu de la piste. Chacun exerce une force sur l'autre qui fournit une accélération lorsque les mains sont en contact et dure la poussée.
Après cela, les patineurs s’éloignent les uns des autres avec un mouvement rectiligne uniforme, les forces non équilibrées n’agissant plus. La vitesse de chaque patineur sera différente si leurs masses le sont également.
Exercice déterminé
Pour résoudre les problèmes dans lesquels les lois de Newton doivent être appliquées, il est nécessaire de bien dessiner les forces agissant sur l'objet. Ce dessin est appelé "diagramme de corps libre" ou "diagramme de corps isolé". Ce diagramme ne doit pas montrer les forces que le corps exerce sur d'autres objets.
S'il y a plus d'un objet impliqué dans le problème, il est nécessaire de dessiner un diagramme de corps libre pour chacun des objets, en se rappelant que les couples action-réaction agissent sur des corps différents.
1- Les patineurs de la section précédente ont des masses respectives m 1 = 50 kg et m 2 = 80 kg. Ils se poussent mutuellement avec une force constante de 200 N. La poussée dure 0, 40 seconde. Trouver:
a) L'accélération que chaque patineur acquiert grâce à la poussée.
b) La vitesse de chacun quand ils se séparent
La solution
a) Prenez comme direction horizontale positive celle qui va de gauche à droite. En appliquant la seconde loi de Newton aux valeurs fournies par la déclaration, nous avons:
Pour le deuxième patineur:
b) Pour calculer la vitesse nécessaire pour séparer les équations cinématiques du mouvement rectiligne uniformément accéléré, on utilise:
La vitesse initiale est 0, car ils étaient au repos au milieu de la piste:
v f = at
v f1 = a 1 t = -4 m / s2. 0, 40 s = -1, 6 m / s
v f2 = a 2 t = +2, 5 m / s2. 0, 40 s = +1 m / s
Les résultats
Comme on pouvait s'y attendre, la personne 1 plus légère acquiert une plus grande accélération et donc une plus grande vitesse. Observez maintenant ce qui suit concernant le produit de la pâte à la vitesse de chaque patineur:
m 1 v 1 = 50 kg. (-1, 6 m / s) = - 80 kg.m / s
m 2 v 2 = 80 kg. 1 m / s = +80 kg.m / s
La somme des deux produits est 0. Le produit masse par vitesse s'appelle la quantité de mouvement P. C'est un vecteur ayant la même direction et le même sens de la vitesse. Lorsque les patineurs étaient au repos et leurs mains en contact, on pouvait supposer qu’ils formaient le même objet dont la quantité de mouvement était:
P o = (m 1 + m 2 ) v o = 0
Une fois la poussée terminée, la quantité de mouvement du système des patineurs est toujours 0. Par conséquent, la quantité de mouvement est conservée.
Exemples de la troisième loi de Newton dans la vie quotidienne
Marche
La marche est l’une des actions les plus quotidiennes qui peuvent être effectuées. S'il est observé attentivement, l'action de la marche nécessite de pousser le pied contre le sol, de sorte qu'il retourne une force égale et opposée sur le pied de la marchette.
C'est précisément cette force qui permet aux gens de marcher. En vol, les oiseaux exercent une force sur l'air et l'air pousse les ailes pour que l'oiseau soit poussé en avant.
Mouvement d'une voiture
Dans une voiture, les roues exercent des forces sur le trottoir. Grâce à la réaction du trottoir, cela exerce sur les pneus des forces qui font avancer la voiture.
Sport
Dans la pratique sportive, les forces d’action et de réaction sont nombreuses et ont une participation très active.
Par exemple, voyons l’athlète avec son pied posé sur un bloc de départ. Le bloc fournit une force normale en réaction à la poussée que l'athlète exerce sur lui. La résultante de cette normale et le poids du coureur entraînent une force horizontale qui permet à l'athlète de progresser.
Tuyaux d'incendie
Un autre exemple dans lequel la troisième loi de Newton est présente concerne les pompiers munis de tuyaux d'incendie. L’extrémité de ces gros tuyaux comporte une poignée sur la buse que le pompier doit tenir lorsque le jet d’eau sort, pour éviter le recul qui se produit lorsque l’eau sort à pleine vitesse.
Pour la même raison, il convient d’attacher les bateaux au quai avant de les quitter, car lorsqu’ils se rendent au quai, le bateau reçoit une force qui l’éloigne de celui-ci.
