La mécanique newtonienne : forces et mouvements | 2nde

Les forces

Force

Une force est une action mécanique exercée par un objet sur un autre. Elle peut modifier le mouvement d'un objet ou le déformer.

Caractéristiques d'une force

Une force est représentée par un vecteur caractérisé par :

Point d'application : où s'exerce la force
Direction : droite d'action de la force
Sens : orientation sur cette droite
Intensité : valeur en Newton (N)

Les principales forces

Force	Notation	Caractéristiques
Poids	P	Verticale, vers le bas, P = m × g
Réaction du support	R	Perpendiculaire au support
Tension d'un fil	T	Le long du fil, vers le point d'attache
Force de frottement	f	Opposée au mouvement

Poids d'un objet : P = m × g

P : poids en Newton (N)
m : masse en kilogramme (kg)
g : intensité de pesanteur (g ≈ 9,8 N/kg sur Terre)

EXEMPLE

Un objet de masse m = 5 kg : P = 5 × 9,8 = 49 N

Le principe d'inertie (1ère loi de Newton)

Principe d'inertie

Si les forces qui s'exercent sur un objet se compensent (ou s'il n'y a pas de force), alors l'objet est soit immobile, soit en mouvement rectiligne uniforme.

⚠️

Réciproquement : Si un objet est immobile ou en mouvement rectiligne uniforme, alors les forces qui s'exercent sur lui se compensent.

EXEMPLE

Un livre posé sur une table est immobile. Les forces se compensent : Poids P (vers le bas) + Réaction R (vers le haut) = 0 Donc P = R en intensité.

Décrire un mouvement

Le référentiel

Référentiel

Un référentiel est un objet de référence par rapport auquel on étudie le mouvement. Le mouvement dépend du référentiel choisi.

Référentiels courants :

Terrestre : lié au sol
Géocentrique : lié au centre de la Terre
Héliocentrique : lié au centre du Soleil

La trajectoire

Trajectoire

Ensemble des positions successives occupées par un objet au cours du temps.

Type de trajectoire	Description
Rectiligne	Ligne droite
Circulaire	Arc de cercle
Curviligne	Courbe quelconque

La vitesse

Vitesse moyenne : v = d / Δt

v : vitesse en m/s
d : distance parcourue en m
Δt : durée en s

⚠️

Conversions :

1 m/s = 3,6 km/h
1 km/h = 1/3,6 m/s ≈ 0,28 m/s

EXEMPLE

Une voiture parcourt 150 km en 2 h : v = 150 / 2 = 75 km/h = 75 / 3,6 ≈ 20,8 m/s

Types de mouvements

Mouvement rectiligne uniforme (MRU)

MRU

Mouvement en ligne droite à vitesse constante.

Caractéristiques :

Trajectoire : droite
Vitesse : constante
Les forces se compensent

Mouvement rectiligne uniformément varié

Mouvement uniformément varié

Mouvement en ligne droite avec une vitesse qui varie de façon régulière (accélération constante).

Deux cas :

Accéléré : la vitesse augmente
Décéléré (ralenti) : la vitesse diminue

Mouvement circulaire uniforme

Mouvement sur un cercle à vitesse constante (mais direction qui change).

EXEMPLE

La Lune autour de la Terre décrit un mouvement quasi circulaire uniforme.

Chronophotographie

Technique qui superpose plusieurs positions d'un objet à intervalles de temps égaux sur une même image.

Interprétation :

Points équidistants → mouvement uniforme
Points de plus en plus espacés → mouvement accéléré
Points de plus en plus rapprochés → mouvement ralenti

Diagramme des forces

Méthode pour tracer un diagramme

Identifier le système étudié
Lister toutes les forces qui s'exercent sur lui
Représenter chaque force par un vecteur :
- Origine au point d'application
- Direction et sens corrects
- Longueur proportionnelle à l'intensité

⚠️

Attention aux erreurs fréquentes :

Ne représenter que les forces exercées SUR le système
Ne pas confondre poids et masse
La réaction du support n'est pas toujours verticale

Exercices

Calcule le poids d'un objet de masse 2,5 kg sur Terre (g = 9,8 N/kg).
Une voiture roule à 90 km/h. Convertis cette vitesse en m/s.
Un objet est suspendu à un fil et reste immobile. Quelles forces s'exercent sur lui ? Que peut-on dire de ces forces ?
Sur une chronophotographie, les points sont de plus en plus espacés. Quel type de mouvement cela indique-t-il ?

Points clés à retenir

Force = action mécanique caractérisée par point d'application, direction, sens, intensité
Poids P = m × g (en Newton)
Principe d'inertie : forces compensées ⟺ immobile ou MRU
Mouvement = trajectoire + évolution de la vitesse
MRU : trajectoire droite, vitesse constante
Chronophotographie : espacement des points → type de mouvement