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Quelles sont les 3 premières lois du mouvement d’Isaac Newton ?

Crédits : zerpixelt/Pixabay

Une grande partie de l’Univers est régie par les lois du mouvement de Newton, détaillées pour la première fois dans le célèbre Principia Mathematica Philosophiae Naturalis. Quelles sont ces trois lois ? Coupe du monde oblige, prenons l’exemple du football pour les comprendre.

Chaque match de football commence avec le ballon posté au centre du terrain. Il ne bougera que lorsque l’équipe qui aura gagné le toast engagera le match. En attendant, la raison pour laquelle ce ballon reste là où il est est due à la première loi du mouvement : la « loi d’inertie ». Dans sa forme originelle, elle propose que la vitesse d’un objet ne peut être modifiée que par la présence d’une force. En d’autres termes, à moins d’être amenées à faire autrement, les choses ont tendance à continuer à faire ce qu’elles faisaient auparavant. Donc, le ballon de football, s’il n’est pas contraint de faire autrement, restera au centre du terrain.

Finalement, l’une des deux équipes engage. Lorsque le joueur concerné frappe dans le ballon, la force de son coup de pied agit sur celui-ci, l’amenant à accélérer. Les forces et l’accélération sont couvertes par la seconde loi de Newton, ou principe fondamental de la dynamique de translation, énoncé ainsi : « Les changements qui arrivent dans le mouvement sont proportionnels à la force motrice et se font dans la ligne droite dans laquelle cette force a été imprimée ». Dans sa forme plus moderne : « Dans un référentiel galiléen, la dérivée de la quantité de mouvement est égale à la somme des forces extérieures qui s’exercent sur le solide ».

Jetons un coup d’œil à certaines des autres forces qui agissent sur la balle. D’abord, nous avons le coup de pied initial qui propulse la balle hors de son état reposant. Lorsque la balle est en mouvement, elle commence à ressentir une autre force, une résistance au vent (ou traînée). Plusieurs facteurs influent sur la quantité de traînées qu’un objet rencontre lorsqu’il est en mouvement, y compris sa forme et la composition exacte de l’air ; les deux principaux seront la vitesse de la balle et à la vitesse de l’air. Si l’air se déplace contre la balle, la balle subira plus de traînées que si l’air se déplace dans la même direction que la balle.

Une autre force agit constamment sur la balle : la gravité. Celle-ci, comme vous pouvez l’imaginer, essaie toujours de ramener la balle vers le centre de la Terre. Plus vous frappez la balle, moins la gravité agira dessus. Cependant, ce changement est relativement faible. Même si vous pouviez frapper la balle aussi haut que le mont Everest (ou jouiez à un match de football au sommet du mont Everest), la force de gravité ne diminuerait que d’environ 0,2 %.

Une fois que la balle est de retour sur le terrain, elle commence à ressentir une autre force, la friction. Celle-ci se produit lorsqu’un solide se déplace sur un autre solide. La quantité de friction exercée sur la balle et le sol dépend de plusieurs facteurs, notamment la masse de la balle, la pente du sol et ce que l’on appelle le coefficient de frottement. Celui-ci dépend de leur composition. Plus le coefficient de frottement est élevé, plus il y aura de frottements entre ces objets lorsqu’ils se déplaceront l’un contre l’autre. Par exemple, le coefficient de frottement entre le caoutchouc et l’asphalte est d’environ 0,9, alors que la valeur du caoutchouc et de l’asphalte mouillé peut descendre à 0,25, ce qui explique pourquoi votre voiture glisse sur une route mouillée plutôt que sèche.

Dernier point, mais non des moindres, la troisième loi de Newton, ou le principe d’action-réaction : « Actioni contrariam semper et æqualem esse reactionem », ou en français : « Une action est toujours égale à la réaction ; c’est-à-dire que les actions de deux corps l’un sur l’autre sont toujours égales et de sens contraires ». En d’autres termes, tout corps A exerçant une force sur un corps B subit une force d’intensité égale, de même direction mais de sens opposé, exercée par le corps B.

Ce que cela signifie, c’est qu’à chaque fois que vous frappez dans un ballon, celui-ci vous renvoie la même force. Rappelez-vous que cette force est égale à la masse multipliée par l’accélération. Puisque votre jambe est considérablement plus massive qu’un ballon, elle n’est pas autant accélérée que le ballon.

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