LES LOIS DE NEWTON Les objectifs de connaissance

LES LOIS DE NEWTON Les objectifs de connaissance : - La lumière présente des aspects ondulatoire et particulaire ; - On peut associer une onde à une particule (relation de De Broglie) ; - Transferts d’énergie (émissions spontanée et stimulée d’énergie) ; - Aspect probabiliste de certains phénomènes quantiques ; - Fonctionnement du LASER et propriétés. Les objectifs de savoir-faire : - Identifier des situations physiques où le caractère ondulatoire de la matière est significatif ; - Identifier des situations physiques où le caractère corpusculaire de la matière est significatif. Thème : COMPRENDRE Livre : Chapitres 5 & 6 Domaine : Temps, mouvement et évolution �Temps, cinématique et dynamique newtonienne

1. La première loi de Newton Énoncé : Dans un référentiel galiléen , lorsqu'un solide est isolé ou pseudo-isolé, son centre d'inertie G est : § soit au repos, si G est initialement immobile ; § soit animé d'un mouvement rectiligne uniforme. Si alors et réciproquement Cette loi est aussi connue sous la dénomination « principe de l'inertie » 2. La deuxième loi de Newton Énoncé : Dans un référentiel galiléen , la somme des forces extérieures (ou résultante) qui s’exercent sur un système de masse m est égale à la dérivée par rapport au temps de son vecteur quantité de mouvement : Si la masse se conserve Cette loi est aussi connue sous la dénomination « théorème du centre d'inertie » ou « relation fondamentale de la dynamique » .

3. La troisième loi de Newton Énoncé : Lorsqu'un corps A exerce sur un corps B une action mécanique représentée par une force Alors, le corps B exerce sur A une action mécanique représentée par une force . Ces deux forces ont même direction, même norme mais sont de sens contraire. Cette loi est aussi connue sous la dénomination « principe de l'action et de la réaction » . 4. Applications ( TP n° 16) 4. 1. Le mouvement rectiligne [Rappel] un mouvement est rectiligne si la trajectoire du solide est une droite.

4. 2. Le mouvement circulaire [Rappel] un mouvement est circulaire si la trajectoire du solide est un cercle. Remarques : v Le mouvement circulaire non uniforme :

v Le mouvement circulaire uniforme (MCU) :

4. 3. Mouvement dans un champ de pesanteur uniforme 4. 3. 1. La chute libre ( ECE n° 8) Les équations horaires du mouvement sont : Vitesse initiale nulle Intégration Vitesse initiale non nulle Le mouvement est rectiligne uniformément accéléré. A RETENIR : Le vecteur accélération du centre d’inertie d’un système placé uniquement dans un champ de pesanteur ( en chute libre) est égal au vecteur champ de pesanteur. 4. 3. 2. Le mouvement parabolique ( ECE n° 8)

En considérant que seule agit l’action mécanique exercée par la Terre sur l’objet (on néglige l’action mécanique de l’air) et qui se modélise par le poids de l’objet : La deuxième loi de Newton permet d’écrire : On en déduit : Remarque : on suppose que le poids est équivalent à la force de gravitation (on néglige la force d’inertie d’entrainement). Le projectile est aussi en mouvement par rapport au référentiel, on va donc négliger la force de Coriolis. v Equations horaires du mouvement : En projetant cette relation dans le repère , on a :

Intégration Les constantes C 1, C 2, C 3, C 4, C 5 et C 6 sont déterminées à partir des conditions initiales (à t = 0 s) On en déduit : Intégration v Équation de la trajectoire Le mouvement du projectile est une parabole de sommet S. v Portée du projectile : OP avec

La portée est définie par z = 0 v Flèche (altitude maximale atteinte) : S S est tel que : Ainsi, z. S est maximale si (seule valeur acceptable)

v Portée maximale : est maximale si est maximal L’altitude maximale, pour , sera donc : 5. Particule chargée dans un champ électrostatique

Intégration A RETENIR : - Le vecteur accélération du centre d’inertie d’une particule chargée placée dans un champ électrostatique est dirigée selon le vecteur champ électrostatique ; - Le mouvement du centre d’inertie d’une particule chargée placée dans un champ électrostatique uniforme avec une vitesse initiale non nulle, s’effectue dans un plan formé par les vecteurs et ;

- La trajectoire du centre d’inertie d’une particule chargée placée dans un champ électrostatique uniforme avec une vitesse initiale non nulle est une parabole dont la concavité dépend du signe de la charge q. Exercices : n° 9 p 172, n° 21 p 176 & n° 24 p 177