Physique · Glossaire

Qu'est-ce que « Masse, quantité de mouvement, force » ?

Définition 12.1 Physique universitaire — 1re année · Chapitre 12 — Les lois de Newton

Un point matériel possède une masse inertielle m>0m > 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).\vect p = m\,\vect v \qquad (\mathrm{kg}\,\mathrm{m}/\mathrm{s}).

Une force F\vect F (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\sum\vect F.

Exemples

Exemple 12.11 (Bloc sur un plan incliné)

Un bloc de masse mm sur un plan incliné de α\alpha, de coefficients μs\mu_s et μd\mu_d. Axes : xx vers le bas de la pente, yy selon la normale. Poids (mgsinα,mgcosα)(mg\sin\alpha, -mg\cos\alpha), réaction (0,N)(0, N), frottement (T,0)(-T, 0) s’il glisse vers le bas. Selon yy : N=mgcosαN = mg\cos\alpha. Au repos, selon xx : T=mgsinαμsN=μsmgcosαT = mg\sin\alpha \leq \mu_sN = \mu_smg\cos\alpha, c’est-à-dire tanαμs\tan\alpha \leq \mu_s : le bloc tient jusqu’à l’angle arctanμs\arctan\mu_s — une mesure de μs\mu_s qui ne demande aucune balance. En glissement : ma=mgsinαμdmgcosαma = mg\sin\alpha - \mu_dmg\cos\alpha, donc a=g(sinαμdcosα)a = g(\sin\alpha - \mu_d\cos\alpha), indépendante de mm : 3.2m/s23.2\,\mathrm{m}/\mathrm{s}^{2} pour α=30\alpha = 30^\circ et μd=0.2\mu_d = 0.2.

Exemple 12.12 (Le pendule simple)

Une masse mm au bout d’un fil de longueur \ell, faisant l’angle θ\theta avec la verticale descendante. En coordonnées polaires au point de suspension : a=θ˙2er+θ¨eθ\vect a = -\ell\dot\theta^2\,\vect e_r + \ell\ddot\theta\,\vect e_\theta ; les forces : le poids mg(cosθersinθeθ)mg(\cos\theta\,\vect e_r - \sin\theta\,\vect e_\theta) et la tension Ter-T\vect e_r. Selon eθ\vect e_\theta : mθ¨=mgsinθm\ell\ddot\theta = -mg\sin\theta,

θ¨+gsinθ=0,\ddot\theta + \frac{g}{\ell}\sin\theta = 0 ,

qui, pour de petits angles (sinθθ\sin\theta \approx \theta), est l’équation harmonique de pulsation ω0=g/\omega_0 = \sqrt{g/\ell} : période T0=2π/gT_0 = 2\pi\sqrt{\ell/g}, le k=2πk = 2\pi que l’Exemple 1.8 ne pouvait pas fournir. Selon er\vect e_r : T=mgcosθ+mθ˙2T = mg\cos\theta + m\ell\dot\theta^2 — le fil tire le plus fort en bas, là où la vitesse est la plus grande.

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