Qu'est-ce que « Masse, quantité de mouvement, force » ?
Définition 12.1Physique universitaire — 1re année · Chapitre 12 — Les lois de Newton
Un point matériel possède une masse inertiellem>0 (en kilogrammes), mesure de sa résistance aux changements de vitesse, et indépendante du référentiel. Sa quantité de mouvement dans un référentiel vaut
p=mv(kgm/s).
Une forceF (en newtons) est l’action d’un autre corps sur le point ; les forces s’ajoutent comme des vecteurs, et la résultante est leur somme ∑F.
Exemples
Exemple 12.11(Bloc sur un plan incliné)
Un bloc de massem sur un plan incliné de α, de coefficients μs et μd. Axes : x vers le bas de la pente, y selon la normale. Poids (mgsinα,−mgcosα), réaction (0,N), frottement (−T,0) s’il glisse vers le bas. Selon y : N=mgcosα. Au repos, selon x : T=mgsinα≤μsN=μsmgcosα, c’est-à-dire tanα≤μs : le bloc tient jusqu’à l’angle arctanμs — une mesure de μs qui ne demande aucune balance. En glissement : ma=mgsinα−μdmgcosα, donc a=g(sinα−μdcosα), indépendante de m : 3.2m/s2 pour α=30∘ et μd=0.2.
Exemple 12.12(Le pendule simple)
Une massem au bout d’un fil de longueur ℓ, faisant l’angle θ avec la verticale descendante. En coordonnées polaires au point de suspension : a=−ℓθ˙2er+ℓθ¨eθ ; les forces : le poids mg(cosθer−sinθeθ) et la tension −Ter. Selon eθ : mℓθ¨=−mgsinθ,
θ¨+ℓgsinθ=0,
qui, pour de petits angles (sinθ≈θ), est l’équation harmonique de pulsationω0=g/ℓ : période T0=2πℓ/g, le k=2π que l’Exemple 1.8 ne pouvait pas fournir. Selon er : T=mgcosθ+mℓθ˙2 — le fil tire le plus fort en bas, là où la vitesse est la plus grande.