Collège · 3ᵉ · Physique
Forces et deuxième loi de Newton
Relation entre la résultante des forces et l'accélération
Représenter une force, calculer un poids ou une attraction gravitationnelle, et relier les forces au mouvement grâce au principe d'inertie et à la deuxième loi de Newton.
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Définitions
- Interaction : action réciproque entre deux objets, de contact ou à distance ; modélisée par une force.
- Vecteur force : point d'application, direction, sens, valeur (N, dynamomètre) ; longueur de la flèche selon une échelle.
- Masse (kg, balance) : ne dépend pas du lieu. Poids (N) : attraction de l'astre, dépend de g.
- Résultante : force unique équivalente à toutes les forces. Même sens : on ajoute ; sens opposés : on soustrait.
- Accélération a = Δv / Δt, en m/s².
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Formules et lois
- P = m × g (N, kg, N/kg).
- F = G × mA × mB / d², G = 6,67 × 10⁻¹¹ ; d en m entre les centres ; forces réciproques de même valeur.
- Principe d'inertie : forces compensées (ΣF = 0) ⇔ immobile ou rectiligne uniforme.
- Deuxième loi : ΣF = m × a ; la vitesse varie dans le sens de la résultante.
- Actions réciproques : A sur B et B sur A : même valeur, sens opposés.
- Chute libre : a = g, quelle que soit la masse.
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Repères
- g : Terre 9,8 N/kg · Lune 1,6 · Mars 3,7 · Jupiter 24,8.
- Poids d'une pomme ≈ 1 N ; d'un élève de 50 kg ≈ 490 N.
- Distance × 2 → gravitation ÷ 4 ; masse × 2 (force fixe) → accélération ÷ 2.
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Méthode : bilan des forces
- Nommer le système et le référentiel.
- Lister les interactions : à distance (poids), puis de contact (sol, câble, air…).
- Donner les quatre caractéristiques de chaque force, tracer à l'échelle.
- Comparer : compensées → repos ou rectiligne uniforme ; sinon ΣF = m × a.
- Conclure avec l'unité (N, m/s²).
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Pièges à éviter
- Dire « il pèse 60 kg » : 60 kg est une masse, le poids vaut 588 N.
- Vitesse constante ≠ aucune force : les forces existent mais se compensent.
- Convertir : tonnes → kg, km/h → m/s, km → m (gravitation).
- Fusée ou ascenseur : résultante = poussée − poids.
- Sans air, a = g pour tous : le lourd ne tombe pas plus vite.
L'essentiel
- Une force est un vecteur : point d'application, direction, sens, valeur en newtons.
- P = m × g : la masse ne change pas, le poids dépend de l'astre.
- Tous les corps s'attirent : F = G m m' / d², forces réciproques de même valeur.
- Forces compensées ⇔ objet immobile ou en mouvement rectiligne uniforme.
- Résultante non nulle ⇒ la vitesse varie : ΣF = m × a.
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