Les lois du mouvement de Newton définissent la relation entre les forces agissant sur un corps et le mouvement de ce corps. La première règle définit le concept de force. La deuxième règle mesure l’effet de la force et la troisième règle stipule que la force ne peut pas agir de manière isolée. Les trois lois de la dynamique ont été formulées par le physicien anglais Isaac Newton en 1687. Vous trouverez ci-dessous les informations les plus importantes sur les lois du mouvement de Newton.
Quelles sont les lois de Newton ?
Les lois de Newton sont trois principes utilisés pour décrire le mouvement des corps dans un système de références inertielles (forces réelles à vitesse constante). Les trois lois de Newton sont :
- première loi ou loi d’inertie ;
- deuxième loi ou loi fondamentale de la dynamique ;
- troisième loi ou principe d’action et de réaction.
Ces lois qui relient la force, la vitesse et le mouvement des corps sont à la base de la mécanique et de la physique classiques. Ensemble, les trois lois de Newton sont utilisées pour décrire la dynamique des corps, c’est-à-dire les causes qui peuvent modifier leur état de mouvement. En termes simples, les lois de Newton traitent des situations dans lesquelles les corps sont ou ne sont pas en équilibre.
L’agent responsable du changement d’état de mouvement des corps s’appelle la force, grandeur vectorielle dont l’unité est le kg.m/s². Cette unité fut plus tard baptisée N (Newton). Lorsqu’un corps est soumis à une force résultante non nulle, il acquiert une accélération (changement de vitesse). Cette accélération, à son tour, est inversement proportionnelle à sa masse.
C’est-à-dire que plus la masse est grande, plus l’accélération acquise par le corps est faible. Selon les lois de Newton, la masse est une mesure de l’inertie du corps, c’est-à-dire la tendance qu’a un corps à rester dans son état actuel d’équilibre statique ou dynamique.
La première loi du mouvement de Newton
Cette loi s’énonce comme suit : « Si un corps donné n’est sollicité par aucun autre corps, ou si les actions d’autres corps sur ce corps sont en équilibre, alors le corps reste au repos ou se déplace dans un mouvement rectiligne uniforme. »
Cette loi dit qu’à moins qu’il n’y ait une force nette non nulle sur un corps, il doit soit rester au repos, soit se déplacer le long d’une ligne droite à vitesse constante. La loi d’inertie explique également l’émergence des forces d’inertie, c’est-à-dire les forces qui surviennent lorsque les corps sont soumis à une force capable de produire une accélération en eux. Par exemple, lorsqu’il appuie sur l’accélérateur d’une voiture, le conducteur peut se sentir comprimé dans son siège, comme s’il y avait une force qui le tirait en arrière. En fait, ce qu’il ressent est l’expression de son inertie, c’est-à-dire la tendance de son corps à rester immobile.
De plus, plus la masse d’un corps est grande, plus son inertie est grande. Ainsi, changer l’état de mouvement d’un corps massif nécessite l’application d’une plus grande force. Les corps de petite masse changent facilement leur état de mouvement avec l’application de forces moins intenses.
La deuxième loi du mouvement de Newton
La deuxième loi de Newton est également connue sous le nom de loi de superposition des forces ou principe fondamental de la dynamique.
Elle s’énonce ainsi : « Si un corps est soumis à une force résultante constante, le corps se déplace avec un mouvement uniformément accéléré avec une accélération directement proportionnelle à la force agissante, et inversement proportionnelle à la masse corporelle. »
À l’origine, la deuxième loi de Newton était écrite en termes de quantité physique appelée quantité de mouvement. Selon l’énoncé de cette loi, la force résultante sur un corps est déterminée par la variation de sa quantité de mouvement par rapport à un intervalle de temps.
La troisième loi du mouvement de Newton
La troisième loi de Newton s’appelle la loi d’action et de réaction. Cette loi dit que toutes les forces apparaissent par paires : lorsque nous appliquons une force sur un corps (action), nous recevons de ce corps la même force (réaction), avec la même amplitude et dans la même direction, mais dans la direction opposée.
L’énoncé original de la troisième loi de Newton est traduit ici : « L’interaction de deux corps est toujours réciproque. Si un corps exerce une certaine force sur l’autre, le second agit sur le premier corps avec une force équivalente en valeur et en direction, mais de sens opposé. »
D’autres informations contenues dans l’énoncé de la troisième loi de Newton indiquent que les couples action et réaction ont la même intensité, la même direction, mais des directions opposées. Ainsi, si nous produisons une force dirigée vers le bas sur un corps, nous recevrons de lui une force de réaction dirigée vers le haut.
Quelles sont les origines des lois de Newton ?
Ces lois ont été publiées en 1687 dans l’ouvrage de Newton Philosophiae naturalis principia mathematica (Principes mathématiques de la philosophie naturelle). Il est considéré comme l’ouvrage scientifique le plus important de l’histoire de la physique.
Isaac Newton était un physicien, théologien, philosophe et mathématicien anglais, à qui l’on attribue l’invention du calcul mathématique et de nombreuses études sur l’optique et la lumière. Ses contributions aux mathématiques et à la physique sont nombreuses et reconnues. Newton est parti du concept de masse (m), qu’il considérait comme la quantité de matière présente dans un corps.