Discussion
introduction
Le premier chapitre de ce livre traitait du sujet de la cinématique – la description mathématique du mouvement. A l’exception de la chute des corps et des projectiles (qui implique une chose mystérieuse appelée gravité), les facteurs affectant ce mouvement n’ont jamais été abordés. Il est maintenant temps d’élargir nos études pour inclure les quantités qui affectent le mouvement – la masse et la force. La description mathématique du mouvement qui inclut ces quantités est appelée dynamique.
De nombreux manuels d’introduction définissent souvent une force comme « une poussée ou une traction ». C’est une définition informelle raisonnable pour vous aider à conceptualiser une force, mais c’est une définition opérationnelle terrible. Qu’est-ce qu’une « poussée ou une traction » ? Comment mesurer une telle chose ? Plus important encore, comment « une poussée ou une traction » se rapporte-t-elle aux autres quantités déjà définies dans ce livre ?
La physique, comme les mathématiques, est axiomatique. Chaque nouveau sujet commence par des concepts élémentaires, appelés axiomes, qui sont si simples qu’on ne peut pas les rendre plus simples ou qui sont si généralement bien compris qu’une explication n’aiderait pas les gens à mieux les comprendre. Les deux quantités qui jouent ce rôle en cinématique sont la distance et le temps. Aucune tentative réelle n’a été faite pour définir formellement l’une ou l’autre de ces quantités dans ce livre (jusqu’à présent) et aucune n’était nécessaire. Presque tout le monde sur la planète sait ce que la distance et le temps signifient.
exemples
Et si nous construisions le concept de force avec des exemples du monde réel ? C’est parti…
- Des forces qui agissent sur tous les objets.
- Le poids (W, Fg)
La force de gravité agissant sur un objet en raison de sa masse. Le poids d’un objet est dirigé vers le bas, vers le centre du corps gravitant ; comme la Terre ou la lune, par exemple.
- Le poids (W, Fg)
- Forces associées aux solides.
- Normale (N, Fn)
La force entre deux solides en contact qui les empêche d’occuper le même espace. La force normale est dirigée perpendiculairement à la surface. Une « normale » en mathématiques est une ligne perpendiculaire à une courbe ou à une surface plane ; d’où le nom de « force normale ». - Frottement (f, Ff)
La force entre des solides en contact qui résiste à leur glissement l’un sur l’autre. La friction est dirigée à l’opposé de la direction du mouvement relatif ou de la direction prévue du mouvement de l’une ou l’autre des surfaces. - Tension (T, Ft)
La force exercée par un objet sur lequel on tire à partir d’extrémités opposées comme une ficelle, une corde, un câble, une chaîne, etc. La tension est dirigée le long de l’axe de l’objet. (Bien qu’elle soit normalement associée aux solides, on peut aussi dire que les liquides et les gaz exercent une tension dans certaines circonstances.) - Élasticité (Fe, Fs)
La force exercée par un objet soumis à une déformation (typiquement une tension ou une compression) qui reprendra sa forme initiale lorsqu’il sera relâché comme un ressort ou un élastique. L’élasticité, comme la tension, est dirigée le long d’un axe (bien qu’il existe des exceptions à cette règle).
- Normale (N, Fn)
- Forces associées aux fluides. Les fluides comprennent les liquides (comme l’eau) et les gaz (comme l’air).
- Balance (B, Fb)
La force exercée sur un objet immergé dans un fluide. La flottabilité est généralement dirigée vers le haut (bien qu’il existe des exceptions à cette règle). - La traînée (R, D, Fd)
La force qui résiste au mouvement d’un objet à travers un fluide. La traînée est dirigée à l’opposé de la direction du mouvement de l’objet par rapport au fluide. - La portance (L, Fℓ)
La force qu’un fluide en mouvement exerce lorsqu’il s’écoule autour d’un objet ; typiquement une aile ou une structure ressemblant à une aile, mais aussi des balles de golf et des balles de baseball. La portance est généralement dirigée perpendiculairement à la direction de l’écoulement du fluide (bien qu’il y ait des exceptions à cette règle). - Poussée (T, Ft)
La force qu’un fluide exerce lorsqu’il est expulsé par une hélice, une turbine, une fusée, un calmar, une palourde, etc. La poussée est dirigée dans le sens opposé à celui de l’expulsion du fluide.
- Balance (B, Fb)
- Forces associées à des phénomènes physiques.
- Force électrostatique (FE)
L’attraction ou la répulsion entre des corps chargés. Expérimentée dans la vie quotidienne par les colles statiques et à l’école comme l’explication d’une grande partie de la chimie élémentaire. - Force magnétique (FB)
L’attraction ou la répulsion entre des corps chargés en mouvement. Expérimentée dans la vie quotidienne à travers les aimants et à l’école comme l’explication derrière la raison pour laquelle une aiguille de boussole pointe vers le nord.
- Force électrostatique (FE)
- Forces fondamentales. Toutes les forces de l’univers peuvent être expliquées en termes des quatre interactions fondamentales suivantes .
- Gravité
L’interaction entre les objets en raison de leur masse. Le poids est un synonyme de la force de gravité. - Electromagnétisme
L’interaction entre les objets en raison de leur charge. Toutes les forces évoquées ci-dessus sont d’origine électromagnétique, sauf le poids. - Interaction nucléaire forte
L’interaction entre les particules subatomiques de « couleur » (une quantité abstraite qui n’a rien à voir avec la vision humaine). C’est la force qui maintient les protons et les neutrons ensemble dans le noyau et qui maintient les quarks ensemble dans les protons et les neutrons. Elle ne peut pas être ressentie en dehors du noyau. - Interaction nucléaire faible
L’interaction entre les particules subatomiques ayant une « saveur » (une quantité abstraite qui n’a rien à voir avec le goût humain). Cette force, qui est plusieurs fois plus faible que l’interaction nucléaire forte, est impliquée dans certaines formes de désintégration radioactive.
- Gravité
- Forces fictives. Ce sont des forces apparentes que les objets subissent dans un système de coordonnées en accélération comme une voiture, un avion, un vaisseau spatial, un ascenseur ou un manège de parc d’attractions en accélération. Les forces fictives ne proviennent pas d’un objet externe comme les forces authentiques, mais plutôt comme une conséquence de la tentative de suivre un environnement en accélération.
- Force centrifuge
La force subie par tous les objets dans un système de coordonnées en rotation qui semble les éloigner du centre de rotation. - Force de Coriolis
La force subie par les objets en mouvement dans un système de coordonnées en rotation qui semble les dévier à angle droit par rapport à leur direction de mouvement. - « Force G »
Pas vraiment une force (ou même une force fictive) mais plutôt une sensation apparente de gravité ressentie par les objets dans un système de coordonnées en accélération.
- Force centrifuge
- Forces génériques. Quand on ne sait pas comment appeler une force, on peut toujours lui donner un nom générique comme…
- Pousser
- Tirer
- Force
- Force appliquée
diagrammes du corps libre
La physique est une matière simple enseignée par des gens simples d’esprit. Lorsque les physiciens regardent un objet, leur premier instinct est de simplifier cet objet. Un livre n’est pas constitué de pages de papier reliées par de la colle et de la ficelle, c’est une boîte. Une voiture n’a pas de pneus en caoutchouc qui tournent, des sièges réglables en six directions, de nombreux porte-gobelets et un désembuage de la lunette arrière ; c’est une boîte. Une personne n’a pas deux bras, deux jambes et une tête ; elle n’est pas faite d’os, de muscles, de peau et de cheveux ; c’est une boîte. C’est le début d’un type de dessin utilisé par les physiciens et les ingénieurs appelé diagramme de corps libre.
La physique est construite sur le processus logique de l’analyse – décomposer des situations complexes en un ensemble de situations plus simples. C’est ainsi que nous générons notre compréhension initiale d’une situation. Dans de nombreux cas, cette première approximation de la réalité est suffisamment bonne. Si ce n’est pas le cas, nous ajoutons une nouvelle couche à notre analyse. Nous continuons à répéter le processus jusqu’à ce que nous atteignions un niveau de compréhension qui convient à nos besoins.
Dessiner simplement une boîte ne va pas nous dire quoi que ce soit. Les objets n’existent pas de manière isolée. Ils interagissent avec le monde qui les entoure. Une force est un type d’interaction. Les forces agissant sur un objet sont représentées par des flèches qui sortent de la boîte – du centre de la boîte. Cela signifie que, par essence, chaque objet est un point – une chose sans aucune dimension. La boîte que nous avons initialement dessinée n’est qu’un endroit où placer un point et ce point n’est qu’un endroit où commencer les flèches. Ce processus est appelé approximation du point et donne le type le plus simple de diagramme de corps libre.
Appliquons cette technique à une série d’exemples. Dessinez un diagramme de corps libre de…
- un livre posé sur une table de niveau
- une personne flottant dans une eau calme
- une boule de démolition suspendue verticalement à un câble
- un hélicoptère. planant sur place
- un enfant poussant un chariot sur un terrain plat
un livre posé sur une table de niveau
Premier exemple : Commençons par l’exemple archétypal avec lequel tous les professeurs de physique débutent : une démonstration si simple qu’elle ne nécessite aucune préparation. Ouvrez le tiroir, sortez le manuel et posez-le sur le dessus d’une manière qui convient à son importance. Regardez ! Un livre posé sur une table plane. Y a-t-il quelque chose de plus grandiose ? Maintenant, regardez comment nous le réduisons à son essence. Dessinez une boîte pour représenter le livre. Dessinez une ligne horizontale sous la boîte pour représenter la table si vous vous sentez audacieux. Puis identifiez les forces qui agissent sur elle.
Quelque chose maintient le livre vers le bas. Nous devons dessiner une flèche sortant du centre et pointant vers le bas pour représenter cette force. Il y a des milliers d’années, il n’y avait pas de nom pour cette force. « On pensait que les livres étaient posés sur les tables parce que c’est ce qu’ils font. Nous avons maintenant une compréhension plus sophistiquée du monde. Les livres reposent sur les tables parce que la gravité les attire vers le bas. Nous pourrions appeler cette flèche Fg pour « force de gravité » ou W pour son nom plus prosaïque, le poids. (Au fait, prosaïque signifie non poétique. Prosaïque est une façon poétique de dire commun. Prosaïque est un mot non prosaïque. Retour au diagramme.)
La gravité tire le livre vers le bas, mais il ne tombe pas. Il faut donc qu’il y ait une force qui pousse aussi le livre vers le haut. Comment appelle-t-on cette force ? La « force de la table » ? Non, cela semble idiot et de plus, ce n’est pas le fait d’être une table qui crée cette force. C’est une caractéristique de la table. Placez un livre dans l’eau ou dans l’air et il tombe. La caractéristique d’une table qui fait que ça marche, c’est qu’elle est solide. Alors comment on appelle cette force ? La « force solide » ? En fait, cela ne semble pas si mal, mais ce n’est pas le nom que l’on utilise. Pensez-y de cette façon. Si vous vous appuyez sur une table, il y a une force ascendante. Si vous vous appuyez contre un mur, il y a une force latérale. Sautez sur un trampoline suffisamment haut pour vous cogner la tête contre le plafond et vous ressentirez une force vers le bas. La direction de la force semble toujours provenir de la surface solide. Une direction qui est perpendiculaire au plan d’une surface est dite normale. La force qu’une surface solide exerce sur n’importe quoi dans la direction normale est appelée la force normale.
Appeler une force « normale » peut sembler un peu étrange puisque nous pensons généralement au mot normal comme signifiant ordinaire, habituel ou attendu. S’il y a une force normale, ne devrait-il pas y avoir aussi une force anormale ? L’origine du mot normal en anglais moderne est le mot latin norma, qui désigne une équerre de charpentier. Le mot n’a acquis son sens actuel qu’au 19e siècle. La force normale est plus proche du sens originel du mot normal que le comportement normal (comportement à angle droit ?), l’utilisation normale (utiliser uniquement à angle droit ?), ou la température corporelle normale (prendre sa température à angle droit ?).
On a fini ? Eh bien, en termes d’identification des forces, oui nous le sommes. C’est un problème assez simple. Vous avez un livre, une table, et la Terre. La Terre exerce une force sur le livre appelée gravité ou poids. La table exerce une force sur le livre appelée force normale ou force normale. Qu’y a-t-il d’autre ? Les forces proviennent de l’interaction entre les choses. Quand on manque de choses, on manque de forces.
Le dernier mot pour ce problème simple concerne la longueur. Quelle longueur devons-nous tracer pour la flèche représentant chaque force. Il y a deux façons de répondre à cette question. La première est « On s’en fout ». Nous avons identifié toutes les forces et obtenu leurs directions correctes, passons à autre chose et laissons l’algèbre s’occuper du reste. C’est une réponse raisonnable. Les directions sont ce qui compte vraiment puisqu’elles déterminent le signe algébrique lorsque nous commençons à combiner les forces. L’algèbre s’occupera vraiment de tout. La deuxième réponse est « On s’en fiche n’est pas une réponse acceptable ». Nous devons faire un effort et déterminer quelle force est la plus grande compte tenu de la situation décrite. Connaître la taille relative des forces peut nous dire quelque chose d’intéressant ou d’utile et nous aider à comprendre ce qui se passe.
Alors, que se passe-t-il ? En substance, beaucoup de rien. Notre livre ne va nulle part et ne fait rien de physiquement intéressant. Attendez assez longtemps et le papier se décomposera (c’est de la chimie) et les décomposeurs aideront à le décomposer (c’est de la biologie). Étant donné l’absence de toute activité, je pense qu’il est sûr de dire que la force gravitationnelle vers le bas est équilibrée par la force normale vers le haut.
W = N
En résumé, dessinez une boîte avec deux flèches de longueurs égales sortant du centre, une pointant vers le haut et une pointant vers le bas. Libellez celle qui pointe vers le bas poids (ou utilisez le symbole W ou Fg) et libellez celle qui pointe vers le haut normal (ou utilisez le symbole N ou Fn).
Il peut sembler que j’ai dit beaucoup pour une question aussi simple, mais j’ai radoté avec une raison. Il y avait pas mal de concepts à expliquer : identifier les forces de poids et normales, déterminer leurs directions et leurs tailles relatives, savoir quand arrêter de dessiner, et savoir quand arrêter d’ajouter des forces.
une personne flottant dans l’eau immobile
Deuxième exemple : une personne flottant dans l’eau immobile. Nous pourrions dessiner une figure en bâton, mais cela comporte trop de détails inutiles. N’oubliez pas que l’analyse consiste à décomposer des situations complexes en un ensemble de choses simples. Dessinez une boîte pour représenter la personne. Dessinez une ligne ondulée pour représenter l’eau si vous avez envie d’être fantaisiste. Identifiez les forces qui agissent sur la personne. Elle est sur Terre et elle a une masse, donc un poids. Mais nous savons tous ce que c’est que de flotter dans l’eau. On se sent en apesanteur. Il doit y avoir une deuxième force pour contrebalancer le poids. La force que subissent les objets immergés dans un fluide s’appelle la flottabilité. La personne est attirée vers le bas par la gravité et remontée par la flottabilité. Puisque la personne ne s’élève pas, ne coule pas et ne se déplace pas dans une autre direction, ces forces doivent s’annuler
W = B
En résumé, dessinez une boîte avec deux flèches de longueurs égales sortant du centre, une pointant vers le haut et une pointant vers le bas. Libellez celle qui pointe vers le bas le poids (ou W ou Fg) et celle qui pointe vers le haut la flottabilité (ou B ou Fb).
La flottabilité est la force que subissent les objets lorsqu’ils sont immergés dans un fluide. Les fluides sont des substances qui peuvent s’écouler. Tous les liquides et les gaz sont des fluides. L’air est un gaz, donc l’air est un fluide. Mais attendez, le livre dans l’exemple précédent n’était-il pas immergé dans l’air. J’ai dit qu’il n’y avait que trois objets dans ce problème : le livre, la table et la Terre. Qu’en est-il de l’air ? Ne devrions-nous pas dessiner une deuxième flèche vers le haut sur le livre pour représenter la force de flottaison de l’air sur le livre ?
L’air existe bel et bien et il exerce effectivement une force vers le haut sur le livre, mais le fait d’ajouter une flèche supplémentaire à l’exemple précédent nous aide-t-il vraiment à comprendre la situation de quelque façon que ce soit ? Probablement pas. Les gens flottent dans l’eau et même lorsqu’ils coulent, ils se sentent plus légers dans l’eau. Dans cet exemple, la force de flottaison est importante. C’est probablement la raison d’être du problème. Les livres dans l’air sont tout simplement des livres. Quelle que soit la force de flottaison qui s’exerce sur eux, elle est imperceptible et assez difficile à mesurer.
L’analyse est une compétence. Ce n’est pas un ensemble de procédures que l’on suit. Lorsque vous réduisez une situation à son essence, vous devez faire un jugement. Parfois, les petits effets valent la peine d’être étudiés, parfois non. Une personne observatrice s’occupe des détails qui sont significatifs et ignore discrètement le reste. Une personne obsessionnelle accorde une attention égale à tous les détails. Les premiers sont mentalement sains. Les seconds sont des malades mentaux.
une boule de démolition suspendue verticalement à un câble
Troisième exemple : une boule de démolition suspendue verticalement à un câble. Commencez par dessiner une boîte. Non attendez, c’est idiot. Dessinez un cercle. C’est une forme simple et c’est la forme de la chose elle-même. Dessinez une ligne qui sort par le haut si vous en avez envie. Restez léger, cependant. Vous ne voulez pas être distrait par elle lorsque vous ajoutez les forces.
La boule de démolition a une masse. Elle est sur la Terre (dans le champ gravitationnel de la Terre pour être plus précis). Par conséquent, elle a un poids. Le poids pointe vers le bas. Un vecteur fait.
La boule de démolition est suspendue. Elle ne tombe pas. Donc quelque chose agit contre la gravité. Cette chose est le câble qui suspend la boule. La force qu’il exerce est appelée tension. Le câble est vertical. Donc la force est verticale. Gravité vers le bas. Tension vers le haut. Taille ?
Rien ne va nulle part. Cela ressemble aux deux questions précédentes. La tension et le poids s’annulent.
W = T
En résumé, dessinez un cercle avec deux flèches de même longueur sortant du centre, une pointant vers le haut et une pointant vers le bas. Intitulez celle qui pointe vers le bas poids (ou W ou Fg) et celle qui pointe vers le haut tension (ou T ou Ft).
un hélicoptère en vol stationnaire
Quatrième exemple : un hélicoptère en vol stationnaire. Comment dessine-t-on un hélicoptère ? Une boîte. Et si vous en avez assez de dessiner des boîtes ? Un cercle est une bonne alternative. Et si même ça, c’est trop d’efforts ? Dessinez un petit cercle, je suppose. Et si je veux essayer de dessiner un hélicoptère ? Le crédit supplémentaire ne sera pas attribué.
Vous connaissez la suite de l’histoire. Tous les objets ont un poids. Dessinez une flèche pointant vers le bas et étiquetez-la. L’hélicoptère ne monte ni ne descend. Qu’est-ce qui le maintient en l’air ? Le rotor. Quelle force le rotor exerce-t-il ? Un rotor est une sorte d’aile et les ailes assurent la portance. Dessinez une flèche pointant vers le haut et étiquetez-la.
L’hélicoptère n’est pas assis sur le sol, il n’y a donc pas de force normale. Ce n’est pas une montgolfière ou un navire en mer, donc la flottabilité n’est pas significative. Il n’y a pas de cordes attachées, donc la tension est inexistante. En d’autres termes, arrêtez de dessiner des forces. Ai-je mentionné que savoir quand arrêter est une compétence importante ? Si non, j’aurais probablement dû.
Encore une fois, nous avons un objet qui ne va nulle part rapidement. Lorsque cela se produit, il devrait être quelque peu évident que les forces doivent s’annuler.
W = L
En résumé, dessinez un rectangle avec deux flèches de longueurs égales sortant du centre, une pointant vers le haut et une pointant vers le bas. Intitulez celle qui pointe vers le bas le poids (ou W ou Fg) et celle qui pointe vers le haut la portance (ou L ou Fℓ).
et maintenant… la loi
Faisons un autre diagramme de corps libre pour nous entraîner.
un enfant poussant un chariot sur un terrain plat
D’abord, établissez l’objet du problème. Cette question est quelque peu ambiguë. Nous demande-t-on de dessiner l’enfant, le chariot ou les deux ? La réponse longue est « ça dépend ». La réponse courte est : « Je vous dis que je veux que vous vous occupiez du wagon ». Dessinez un rectangle pour représenter le wagon.
Puis, identifiez les forces. La gravité tire tout vers le bas, alors dessinez une flèche pointant vers le bas et nommez-la poids (ou W ou Fg selon votre préférence). Il ne tombe pas, mais repose sur un sol solide. Cela signifie qu’une force normale est présente. Le sol est plat (c’est-à-dire horizontal), la force normale est donc dirigée vers le haut. Dessinez une flèche pointant vers le haut et nommez-la normale (ou N ou Fn). Le chariot ne se déplace pas verticalement, ces forces sont donc égales. Dessinez les flèches représentant la normale et le poids avec la même longueur.
W = N
L’enfant pousse le chariot. Nous devons supposer qu’il utilise le wagon pour l’usage auquel il est destiné et qu’il le pousse horizontalement. Je lis de gauche à droite, ce qui signifie que je préfère utiliser la droite pour la direction avant sur le papier, les tableaux noirs, les tableaux blancs et les écrans d’ordinateur. Dessinez une flèche vers la droite qui sort du centre du bloc. Je ne vois aucune raison de donner un nom technique à cette force, alors appelons-la simplement poussée (P). Si vous n’êtes pas d’accord avec moi, il y a une option. Vous pouvez l’appeler la force appliquée (Fa). Cela a l’avantage de vous faire passer pour quelqu’un de bien éduqué, mais a aussi l’inconvénient d’être moins précis. Appeler une force une force appliquée ne dit rien sur elle puisque toutes les forces doivent être appliquées pour exister. Le mot « pousser » est également un peu vague puisque toutes les forces sont une sorte de poussée ou de traction, mais la poussée est quelque chose que nous considérons généralement comme étant le fait des mains. Puisqu’il n’y a aucun avantage à utiliser le technobabble et que le mot simple pousser décrit réellement ce que l’enfant fait, nous utiliserons le mot pousser.
Le mouvement sur la Terre ne se produit pas dans le vide. Quand une chose se déplace, elle se déplace à travers ou sur une autre. Lorsqu’une roue tourne sur un essieu, les deux surfaces frottent l’une contre l’autre. C’est ce qu’on appelle le frottement sec. On peut utiliser de la graisse pour séparer les parties métalliques solides, mais cela réduit le problème à des couches de graisse qui glissent les unes sur les autres. C’est ce qu’on appelle le frottement visqueux. Pousser un chariot vers l’avant signifie pousser l’air hors du chemin. Il s’agit d’un autre type de frottement visqueux appelé traînée. Les roues rondes s’affaissent lorsqu’elles sont chargées, ce qui les rend difficiles à faire tourner. C’est ce qu’on appelle la résistance au roulement. Ces forces de résistance sont souvent appelées collectivement friction et elles sont partout. Une analyse du monde réel de toute situation impliquant un mouvement doit inclure la friction. Dessinez une flèche vers la gauche (opposée à la direction supposée du mouvement) et étiquetez-la friction (ou f ou Ff).
Maintenant pour la partie délicate. Comment les forces horizontales se comparent-elles ? La poussée est-elle supérieure ou inférieure à la friction ? Pour répondre à cette question, nous devons d’abord faire quelque chose pour lequel les physiciens sont célèbres. Nous allons quitter le monde réel et entrer dans un monde imaginaire. Nous allons prétendre que la friction n’existe pas.
Regardez le pendule qui se balance. Vos yeux deviennent lourds. Vous avez sommeil. Endormi. Je vais compter jusqu’à trois. Quand je dirai le mot trois, vous vous réveillerez dans un monde sans friction. Un. Deux. Trois. Bienvenue dans le monde réel. Non attendez, c’est une réplique de Matrix.
En supposant que l’hypnose a fonctionné, vous devriez maintenant glisser de ce sur quoi vous êtes assis et tomber au sol. Pendant que vous êtes en bas, j’aimerais que vous répondiez à cette question apparemment simple. Que faut-il pour faire bouger quelque chose ? Plus précisément, que faut-il pour que quelque chose se déplace à une vitesse constante ?
Dans le monde réel où la friction est partout, le mouvement s’essouffle. Appuyez sur les freins de votre voiture et vous vous arrêterez assez rapidement. Coupez le moteur de votre voiture et vous vous arrêterez progressivement. Si vous lancez une boule de bowling sur votre piste, vous ne percevrez probablement pas un grand changement de vitesse. (Si vous êtes un bon joueur de bowling, cependant, vous avez probablement l’habitude de voir la boule se courber dans la poche. Rappelez-vous, la vélocité est la vitesse plus la direction. Dès que l’un ou l’autre change, la vélocité change). Frappez un palet de hockey avec une crosse de hockey et vous le verrez essentiellement se déplacer à une vitesse et dans une direction. J’ai choisi ces exemples et je les ai présentés dans cet ordre pour une raison. Il y a moins de friction dans le fait de rouler en roue libre jusqu’à l’arrêt que dans le fait de freiner jusqu’à l’arrêt. Il y a moins de friction dans un palet de hockey sur glace qu’une boule de bowling sur une piste en bois.
Que diriez-vous d’un exemple un peu moins quotidien ? Poussez un wagon de chemin de fer sur une voie plane. Vous pensez que vous ne pouvez pas le faire ? Eh bien, détrompez-vous. Je ne vous demande pas de pousser un train entier ou même une locomotive – juste un joli wagon vide ou un wagon de métro. Je ne dis pas non plus que ce sera facile. Vous aurez peut-être besoin de l’aide d’un ou deux amis. C’est quelque chose qui est couramment fait par les équipes de maintenance des chemins de fer.
Des ouvriers déplacent un wagon de métro. Source : 所さんの目がテン！
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FINIR AVEC UNE RÉFÉRENCE GALILEO
Le paradis est un endroit où il ne se passe jamais rien.
Isaac Newton (1642-1727) Angleterre. A fait la plupart des travaux pendant les années de peste de 1665 & 1666. Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Les principes mathématiques de la philosophie naturelle) publié en 1687 (décalage de plus de 20 ans !) aux frais de Halley.
Lex. I. Loi I. Corpus omne perſeverare in ſtatu ſuo quieſcendi vel movendi uniformiter in directum, niſi quatennus illud a viribus impreſſi cogitur ſtatum suummutare. Tout corps persévère dans son état de repos, ou de mouvement uniforme dans une ligne droite, à moins qu’il ne soit contraint de changer cet état par des forces qui lui sont imprimées. Projectilia perſeverant in motibus ſuis, niſi quatenus a reſiſtentia aëris retardantur, & vi gravitatis impelluntur deorſum. Trochus, cujus partes cohærendo perpetuo retrahunt ſeſe a motibus rectilineis, non ceſſat rotari, niſi quatenus ab aëre retardantur. Majora autem planetarum & cometarum corpora motus ſuos & progreſſivos & circulares in ſpatiis minus reſiſtentibus factos conſervant diutius. Les projectiles continuent leurs mouvements, en tant qu’ils ne sont pas retardés par la résistance de l’air, ou poussés vers le bas par la force de gravité. Une toupie, dont les parties par leur cohésion sont continuellement écartées des mouvements rectilignes, ne cesse pas ses rotations, autrement qu’elle n’est retardée par l’air. Les plus grands corps des planètes et des comètes, rencontrant moins de résistance dans des espaces plus libres, persévèrent dans leurs mouvements tant progressifs que circulaires pendant un temps beaucoup plus long.
(Newton, interprété par Elert)
Un objet au repos tend à rester au repos et un objet en mouvement tend à continuer à se déplacer à vitesse constante à moins d’être contraint par une force extérieure nette à agir autrement.
Cette phrase plutôt compliquée en dit long. Une idée fausse courante est que les objets en mouvement contiennent une quantité appelée « go » (ou quelque chose comme ça – dans l’ancien temps, on l’appelait « impulsion ») et qu’ils finissent par s’arrêter puisqu’ils n’ont plus de « go ».
Si aucune force n’agit sur un corps, sa vitesse et sa direction de mouvement restent constantes.
Le mouvement est un état tout aussi naturel que le repos.
Le mouvement (ou l’absence de mouvement) n’a pas besoin de cause, mais un changement de mouvement en a besoin.
Definitio. III. Définition III. Materiæ vis insita est potentia resistendi, qua corpus unumquodque, quantum in se est, perseverat in statu suo vel quiescendi vel movendi uniformiter in directum. La vis insita, ou force innée de la matière, est une puissance de résistance, par laquelle tout corps s’efforce de persévérer dans son état présent, qu’il soit de repos, ou de mouvement uniforme en avant dans une ligne droite. … … Definitio. IV. Définition IV. Vis impressa est actio in corpus exercita, ad mutandum ejus statum vel quiescendi vel movendi uniformiter in directum. Une force imprimée est une action exercée sur un corps, afin de changer son état, soit de repos, soit de mouvement uniforme en avant dans une ligne droite. Consistit hæc vis in actione sola, neque post actionem permanet in corpore. Perserverat enim corpus in statu omni novo per solam vim inertiæ. Est autem vis impresa diversarum originum, ut ex ictu, ex pressione, ex vi centripeta. Cette force consiste dans l’action seulement ; et ne demeure plus dans le corps quand l’action est terminée. Car un corps maintient chaque nouvel état qu’il acquiert, par sa vis inertiæ seulement. Les forces imprimées sont de différentes origines comme de la percussion, de la pression, de la force centripète.
En général, l’inertie est la résistance au changement. En mécanique, l’inertie est la résistance au changement de vitesse ou, si vous préférez, la résistance à l’accélération.
En général, une force est une interaction qui provoque un changement. En mécanique, une force est ce qui provoque un changement de vitesse ou, si vous préférez, ce qui provoque une accélération.
Lorsque plus d’une force agit sur un objet, c’est la force nette qui est importante. Comme la force est une quantité vectorielle, utilisez la géométrie plutôt que l’arithmétique pour combiner les forces.
Force externe : Pour qu’une force accélère un objet, elle doit venir de l’extérieur de celui-ci. Vous ne pouvez pas vous tirer par vos propres bretelles. Toute personne qui dit que vous le pouvez a littéralement tort.