Physique : que faut-il retenir des lois de Newton ?
Les lois générales du mouvement de Newton sont à la base de l’étude de la mécanique classique. Principes de physique élémentaires, elles ont par la suite été complétées par la loi de gravitation universelle. On fait le point sur les trois lois de Newton.
Comprendre les bases de la physique avec les trois lois du mouvement de Newton
Les trois lois de Newton composent la base de ce que l’on nomme la théorie du mouvement des corps (ou mécanique newtonienne).
Le principe d'inertie : la première loi de Newton
La première loi du mouvement définit le principe d’inertie comme suit : « Tout corps persévère dans l'état de repos ou de mouvement uniforme en ligne droite dans lequel il se trouve, à moins que quelque force n'agisse sur lui, et ne le contraigne à changer d'état. »
Autrement dit, un corps demeure naturellement immobile si aucune force ne lui est appliquée. Cet énoncé est également valable pour les corps dits en mouvement uniforme rectiligne. C’est-à-dire les corps qui se déplacent en ligne droite et à vitesse constante (exemple : une voiture dont le régulateur de vitesse est activé).
Pour résumer, on peut se baser sur la formule de calcul suivante :
F = m x a
F = force
m = masse
a = accélération
Il est à noter que l’origine de la loi de l'inertie peut être attribuée en grande partie à Galilée. C’est Newton qui, quelques années après, a approfondi les travaux du savant italien. C’est la raison pour laquelle il est dit que la première loi de Newton s’applique dans un référentiel galiléen.
Bon à savoir : on peut définir un référentiel comme un solide par rapport auquel on identifie une position ou un mouvement.
La dynamique : la deuxième loi de Newton
La deuxième loi de Newton a été définie par Newton de la manière suivante : « Les changements qui arrivent dans le mouvement sont proportionnels à la force motrice ; et se font dans la ligne droite dans laquelle cette force a été imprimée. »
Pour simplifier cette loi, on pourrait la résumer ainsi : la force qui agit sur un corps est égale à sa masse multipliée par l'accélération que la force génère sur lui. En clair, si on prend l’exemple d’une chute libre d’un corps, alors son mouvement va s'accélérer au fur et à mesure de sa chute en raison de son poids.
La deuxième loi de Newton - également nommée principe fondamental de la dynamique - est complémentaire à la première loi et à son principe d’inertie. Ainsi, elle s’applique également au sein d’un référentiel galiléen.
Les actions réciproques : la troisième loi de Newton
Si l’on se penche à présent sur la dernière et troisième loi du mouvement de Newton, celui-ci affirme : « L'action est toujours égale à la réaction ; c'est-à-dire que les actions de deux corps l'un sur l'autre sont toujours égales et de sens contraires. »
Pour vulgariser, on peut dire que si un corps exerce une force sur un autre corps, alors l'inverse est vrai. Un bon exemple pour visualiser la loi des actions réciproques est de vous imaginer deux individus sur une patinoire. Si le patineur A pousse le patineur B, alors ce dernier va reculer. Mais l’inverse est également vrai puisqu’en poussant le patineur B, le patineur A va lui aussi reculer en subissant une force de même valeur, mais de sens opposé.
Que nous explique la loi de gravitation de Newton ?
Pour comprendre cette loi de Newton, il faut déjà revenir sur le principe de base de la gravitation. Ici, il faut retenir que deux corps, quels qu’ils soient, s’attirent toujours.
Toutefois, pour ressentir et visualiser réellement cette attraction, l’un des deux corps doit nécessairement posséder une masse très importante. C’est la raison pour laquelle la pomme qui tombe de l’arbre est irrémédiablement attirée vers le sol. Elle est soumise à l’attraction gravitationnelle de la Terre, dont la masse est infiniment supérieure à la sienne.
Dans sa loi de gravitation, Newton applique ce raisonnement à une échelle tout autre : celle de l’univers. Ainsi, il explique que la gravitation est le principe qui régit le mouvement de l’ensemble des astres : la Terre attire la Lune au même titre que la Lune attire la Terre.
Il va alors mettre au point une formule permettant de calculer la force de gravitation. Cette dernière dépend de deux facteurs : la masse et la distance. On a alors la formule suivante :
Ici, il faut noter que :
F = valeur de la force gravitationnelle (exprimée en Newton)
m = masse des corps (exprimée en kilogrammes)
A et B = corps étudiés
d = distance (exprimée en mètres)
G = constante de gravitation universelle
En résumé, les lois de Newton ont largement contribué à faire évoluer les domaines de la physique et des mathématiques. Indissociables les unes des autres, les lois de l’inertie, du dynamisme et des actions réciproques constituent le socle de la mécanique newtonienne. Vous voilà maintenant prêts à aborder vos cours de physique en toute tranquillité !
