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Terminale STL ʹ PCM Fiche de synthèse n°9 : les lois de Newton
Page 1
1. Énoncé des lois de Newton (rappel de 1ère)
Les deux premières lois de Newton telles que nous les abordons au lycée ne sont valables que dans certains référentiels
pour des expériences de laboratoire usuelles, les référentiels terrestre, géocentrique et héliocentrique peuvent
être considérés comme galiléens ;
tout référentiel en translation rectiligne uniforme par rapport à un référentiel galiléen est lui-même galiléen.
Dans un référentiel galiléen :
soumis à des forces qui se compensent.Remarque :
pas exigible en 1ère. On retiendra que.Notion de " forces qui se compensent »
Énoncé synthétique de la première loi de Newton On peut donc écrire la première loi de Newton sous la forme condensée :1.2. La 2ème loi de Newton ou relation fondamentale de la dynamique
Dans un référentiel galiléen : la résultante des forces exercées sur le système est égale au produit de sa masse et du
Sens physique de la 2ème loi de Newton :
La deuxième loi énonce que des forces de résultante non nulle engendrent une accélération du système, soit
une modification de son vecteur vitesse. Elle complète donc la première loi. Terminale STL ʹ PCM Fiche de synthèse n°9 : les lois de NewtonPage 2
1.3. La 3ème loi de Newton ou principe des actions réciproques
direction mais de sens opposé. On peut écrire cette sous la forme mathématique suivante :2. Étude newtonienne du mouvement plan de chute libre
2.1. Définition de la chute libre et modélisation de la situation étudiée
Définition de la chute libre :
Situation étudiée :
dont la position initiale a une altitude ݄.Conditions initiales :
Initialement, le vecteur-vitesse du point étudié a pour coordonnées : Initialement, le vecteur-position du point étudié a pour coordonnées : (énoncé de la deuxième loi de Newton) (car le système est en chute libre) (en simplifiant par ݉) coordonnées : Terminale STL ʹ PCM Fiche de synthèse n°9 : les lois de NewtonPage 3
2.3. Lois horaires de la vitesse
Les coordonnées du vecteur-vitesse sont des fonctions primitives des coordonnés du vecteur accélération, donc :
ܥ et ܥ
Prise en compte des conditions initiales :
coordonnée ݒ௫ à la date ݐൌͲ : condition initiale relation précédenteDonc ܥଵൌݒߙ
coordonnée ݒ௬ à la date ݐൌͲ : condition initiale relation précédenteOn en déduit les expressions en fonction du temps des coordonnées du vecteur-vitesse, appelées " lois horaires de la
vitesse » :Analyse physique du résultat obtenu
Les lois obtenues montrent que :
la coordonnée horizontale du vecteur vitesse est constante : le système en chute libre conserve va vitesse
initiale horizontale ;la coordonnée verticale du vecteur vitesse est une fonction affine du temps et de coefficient directeur െ݃.
évolutions temporelles des coordonnées du vecteur-vitesse. La date ݐ௦௧ est la date à laquelle la coordonnée
verticale de ݒԦ change de signe : ݒԦ est alors horizontal, le système est donc au sommet de sa trajectoire.
2.4. Lois horaires de la position
Les coordonnées du vecteur-position sont des fonctions primitives des coordonnés du vecteur-vitesse, donc :
ܥଷ et ܥ
Prise en compte des conditions initiales :
coordonnée ݔ à la date ݐൌͲ : condition initiale relation précédenteDonc ܥ
coordonnée ݒ௬ à la date ݐൌͲ : condition initiale relation précédenteDonc ܥ
On en déduit les expressions en fonction du temps des coordonnées du vecteur-position, appelées " lois horaires de la
position » : Terminale STL ʹ PCM Fiche de synthèse n°9 : les lois de NewtonPage 4
3.1. Étude qualitative du mouvement
La Situation étudiée et sa modélisation
Le système étudié et un objet en mouvement de chute dans un fluide visqueux, sans vitesseForces exercées sur le système
Comme le système étudié est en mouvement dans un fluide visqueux, celui-ci exerce à la fois
Nous envisageons le cas où la force de frottement a une valeur proportionnelle à celle de lavitesse du système, ce qui est réaliste lorsque le fluide est suffisamment visqueux et le
mouvement suffisamment lent.3.2. Régime transitoire et régime permanent
La valeur de la force de frottement exercée par le fluide augmente proportionnellement à la vitesse du système en
mouvement. Celui-ci peut donc être décomposé en deux phases :un phase de mouvement uniforme, appelée régime permanent, obtenue lorsque la force frottement a atteint une
La constante de temps ࣎ :
La constante de temps ߬
Terminale STL ʹ PCM Fiche de synthèse n°9 : les lois de NewtonPage 5
Expressions des forces exercées sur le système : Selon les hypothèses énoncées en (3.1) le système est soumis à : ߩ étant la masse volumique du fluide visqueux et ܸla force de frottement visqueux ݂Ԧൌെ݇ݒԦ de coordonnée verticale ݂௬ൌെ݇ݒ௬
Application des lois de Newton
On cherche à établir la loi satisfaite par la coordonnée ݒ௬ du vecteur-vitesse du système. Dans ce but, énonçons la
deuxième loi de Newton : On obtient une équation différentielle de la forme : Par identification on obtient les expressions de la constante de temps et de la vitesse limite :quotesdbs_dbs50.pdfusesText_50