Bonjour les amis de toute la communauté française, le temps sans pouvoir publier pour accomplir mes tâches quotidiennes, aujourd'hui je veux faire une publication très intéressante, qui porte sur les lois de Newton, que je considère personnellement que ces lois ont changé le monde et Tout a altéré toutes les lois de la physique.Un des scientifiques les plus importants de l'histoire de l'humanité a développé les lois qui font aujourd'hui de la physique, l'une des sciences les plus importantes et les plus influentes. Alors je vous invite à observer cette publication intéressante, laissez vos commentaires et si cela vous intéresse, vous pouvez voter.

LA SCIENCE DE NEWTON, LES 3 LOIS QUI ONT CHANGÉ LE MONDE

Les lois de Newton, également connues sous le nom de lois du mouvement de Newton, sont trois principes à partir desquels s'explique une grande partie des problèmes posés par la mécanique classique, en particulier ceux liés au mouvement des corps, qui ont révolutionné les concepts de la physique et du mouvement des corps dans l'univers.

En particulier, la pertinence de ces lois réside dans deux aspects: d'une part elles constituent, avec la transformation de Galilée, la base de la mécanique classique, et d'autre part, en combinant ces lois avec la loi de la gravitation universelle, elles peuvent être déduire et expliquer les lois de Kepler sur le mouvement planétaire. Ainsi, les lois de Newton permettent d'expliquer, par exemple, à la fois le mouvement des étoiles et les mouvements des projectiles artificiels créés par l'être humain et tout le fonctionnement mécanique des machines.

La première et la seconde loi de Newton, en latin, dans l'édition originale de son œuvre Principia Mathematica
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La dynamique de Newton, aussi appelée dynamique classique, n'est remplie que dans les systèmes de référence inertiels (qui se déplacent à une vitesse constante, la Terre, bien qu'elle tourne et tourne, est traitée comme telle aux fins de nombreuses expériences pratiques). Elle ne s'applique qu'aux corps dont la vitesse est considérablement éloignée de la vitesse de la lumière; Lorsque la vitesse du corps s'approche de 300 000 km / s (ce qui se produirait dans les systèmes de référence non-inertiels), une série de phénomènes appelés effets relativistes apparaissent. L'étude de ces effets (contraction de la longueur, par exemple) correspond à la théorie de la relativité restreinte, énoncée par Albert Einstein en 1905.

Histoire

La dynamique est la partie de la physique qui étudie les relations entre les mouvements des corps et les causes sous-jacentes, à savoir les forces qui agissent sur eux. Dynamique, du point de vue de la mécanique classique, est approprié pour l'étude dynamique des grands systèmes d'atomes par rapport et se déplaçant à beaucoup plus faible que la vitesse de la lumière. Pour comprendre ces phénomènes, le point départ est l'observation du monde de tous les jours. Si vous voulez changer la position d'un corps au repos, il est nécessaire de pousser ou ascenseur, à savoir, intenter une action sur elle.

En dehors de ces intuitions de base, le problème est très complexe mouvement: ceux observés dans la nature (objet qui tombe dans l'air, le mouvement d'une bicyclette, une voiture ou une fusée) sont compliquées. Cela a motivé le fait que la connaissance de ces faits était erronée depuis des siècles. Aristote pensait que le mouvement d'un corps est arrêté lorsque la force qui pousse cesser d'agir. Plus tard, il a été découvert que ce n'était pas vrai, mais le prestige d'Aristote comme philosophe et scientifique a fait que ces idées vont durer des siècles, les scientifiques ont remarqué que Galilée et Isaac Newton fait des progrès significatifs avec ses nouvelles formulations. Cependant, il y avait plusieurs physiciens ont approché de manière très précise aux formulations de Newton longtemps avant que cette formule ses lois du mouvement.

Fondements théoriques des lois

Le premier concept que Newton manipule est celui de la masse, qu'il identifie à la «quantité de matière». Newton suppose alors que la quantité de mouvement est le résultat du produit de la masse par la vitesse. Troisièmement, il est important de faire la distinction entre l'absolu et le relatif à chaque fois qu'on parle de temps, d'espace, de lieu ou de mouvement.

En ce sens, Newton, qui comprend le mouvement comme la traduction d'un corps d'un endroit à un autre, pour atteindre le mouvement absolu et vrai d'un corps:

il compose le mouvement (relatif) de ce corps dans le lieu (relatif) dans lequel il est considéré, avec le mouvement (relatif) du même lieu dans un autre endroit où il est situé, et ainsi de suite, étape par étape, jusqu'à atteindre un lieu immobile, c'est-à-dire le système de référence des mouvements absolus

Portrait de Sir Isaac Newton (1642-1727)
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Selon cette approche, il établit que les mouvements apparents sont les différences des mouvements vrais et que les forces sont des causes et des effets de ceux-ci. Par conséquent, la force de Newton a un caractère absolu, non relatif.

Les lois énoncées par Newton, et considérées comme les plus importantes en mécanique classique, sont trois: la loi de l'inertie, la relation entre la force et l'accélération et la loi de l'action et de la réaction. Newton a déclaré que tous les mouvements adhèrent à ces trois lois principales, formulées en termes mathématiques. Un concept est la force, la cause du mouvement et l'autre est la masse, la mesure de la quantité de matière mise en mouvement; les deux sont habituellement appelés par les lettres F et m.

La première loi ou loi d'inertie de Newton

La première loi du mouvement rejette l'idée aristotélicienne selon laquelle un corps ne peut continuer à avancer que si une force est appliquée. Newton affirme que:

Tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement uniforme et rectiligne à moins qu'il ne soit forcé de changer d'état par des forces qui lui sont imposées.

Cette loi stipule donc qu'un corps ne peut pas changer par lui-même l'état initial, que ce soit au repos ou en mouvement uniforme à moins qu'une force ou une série de forces dont la résultante est non nul est appliqué. Newton prend en considération, de sorte que les corps en mouvement sont constamment soumis à des forces frottement ou friction qui ralentit progressivement, quelque chose de nouveau par rapport aux conceptions précédentes ont compris que le mouvement ou la détention d'un corps était uniquement si une force leur était exercée, mais jamais comprise comme une friction.

En conséquence, un corps en mouvement avec un mouvement rectiligne uniforme implique qu'il n'y a pas de force extérieure nette ou, en d'autres termes, un objet en mouvement ne s'arrête pas naturellement si une force est appliquée sur elle. Dans le cas des corps au repos, il est entendu que leur vitesse est nulle, donc si elle change, c'est parce qu'une force nette a été exercée sur ce corps.

Newton a repris la loi d'inertie de Galilée: la tendance d'un objet en mouvement à continuer à se déplacer en ligne droite, à moins qu'il ne soit influencé par quelque chose qui dévie de son chemin. Newton suppose que si la lune ne sortait pas tiré tout droit comme une ligne tangente à son orbite, était due à la présence d'une autre force poussée vers la Terre, et constamment détourné leur chemin faisant un cercle. Newton a appelé cette force force et a cru qu'il a agi à distance. Il n'y a rien qui relie physiquement la Terre et la Lune et pourtant la Terre attire constamment la Lune vers nous. Newton a utilisé la troisième loi de Kepler et a déduit mathématiquement la nature de la force de gravité. Il a montré que la même force qui faisait tomber une pomme sur Terre gardait la Lune dans son orbite.

La première loi de Newton établit l'équivalence entre l'état de repos et le mouvement rectiligne uniforme. Supposons un système de référence S et un autre S qui se déplace par rapport au premier à une vitesse constante. Si une force nette n'agit pas sur une particule au repos dans le système S ', son état de mouvement ne changera pas et restera au repos par rapport au système S' et avec un mouvement rectiligne uniforme par rapport au système S. La première loi de Newton est satisfaite. les deux systèmes de référence. Ces systèmes dans lesquels les lois de Newton sont satisfaites reçoivent le nom de systèmes de référence inertiels. Aucun système de référence inertiel n'a de préférence sur un autre système inertiel, ils sont équivalents: ce concept constitue le principe de relativité de Galilée ou de Newton.

Application de la première loi de Newton

Une balle attachée à une corde peut être considérée comme un exemple illustratif de cette première loi, de sorte que la balle tourne suivant un chemin circulaire. En raison de la force centripète de la corde (tension), la masse suit le chemin circulaire, mais si à un moment donné la corde se brise, la balle prendrait un chemin droit dans la direction de la vitesse de la balle au moment de la rupture .

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Les lois du mouvement de Newton (1): la loi de l'inertie

La deuxième loi de Newton ou loi fondamentale de la dynamique

La deuxième loi de Newton stipule que:

Le changement de mouvement est directement proportionnel à la force d'entraînement imprimée et se produit en fonction de la ligne droite sur laquelle cette force est imprimée.

Cette loi est chargée de quantifier le concept de force. L'accélération acquise par un corps est proportionnelle à la force nette qui lui est appliquée. La constante de proportionnalité est la masse du corps (qui peut être constante ou non). La compréhension de la force en tant que cause du changement de mouvement et de la proportionnalité entre la force imprimée et le changement de la vitesse d'un corps est l'essence de cette seconde loi.

Si la masse est constante
Si la masse du corps est constante, la relation suivante peut être établie, qui est l'équation fondamentale de la dynamique:

F (résultat) = ma

Où m est la masse du corps qui doit être constante pour s'exprimer de cette manière. La force nette agissant sur un corps, appelée aussi force résultante, est le vecteur somme de toutes les forces qui agissent sur lui. Donc:

• L'accélération qu'un corps acquiert est proportionnelle à la force appliquée, et la constante de proportionnalité est la masse du corps.
• Si plusieurs forces agissent, cette équation fait référence à la force résultante, somme vectorielle de chacune d'elles.
  C'est une équation vectorielle, alors elle doit être remplie composante par composante.
  Parfois, il sera utile de se souvenir du concept de composants intrinsèques: si la trajectoire n'est pas droite, c'est parce qu'il y a une accélération normale, il y aura aussi une force normale (dans une direction perpendiculaire à la trajectoire); si le module de vitesse varie c'est parce qu'il y a une accélération dans le sens de la vitesse (dans la même direction de la trajectoire).
• La force et l'accélération sont des vecteurs parallèles, mais cela ne signifie pas que le vecteur vitesse est parallèle à la force. C'est-à-dire que la trajectoire ne doit pas être tangente à la force appliquée (cela ne se produit que si au moins la direction de la vitesse est constante).
  Cette équation doit être remplie pour tous les corps. Quand on analyse un problème avec plusieurs corps et différentes forces qui leur sont appliquées, il faut alors prendre en compte les forces qui agissent sur chacun d'eux et le principe de superposition des forces. Nous appliquerons la deuxième loi de Newton à chacun d'eux, en tenant compte des interactions mutuelles et en obtenant la force résultante sur chacun d'eux.

Conservation de la quantité de mouvement

Choc élastique:la quantité de mouvement et l'énergie cinétique restent constants. Deux particules de masses différentes qui interagissent entre elles et se déplacent avec des vitesses constantes et différentes les unes par rapport aux autres. Après le choc, la quantité de mouvement et l'énergie cinétique restent constants

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Choc inélastique: la quantité de mouvement reste constante et l'énergie cinétique varie. En conséquence, les corps qui entrent en collision peuvent subir des déformations et augmenter leur température. Après un choc totalement inélastique, les deux corps ont la même vitesse. La somme de ses énergies cinétiques est inférieure à l'initiale car une partie de celle-ci a été transformée en énergie interne; dans la plupart des cas, il se dissipe sous la forme de chaleur due au chauffage produit dans le choc. Dans le cas idéal d'une collision parfaitement inélastique entre objets macroscopiques, ils restent liés entre eux après la collision.

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Applications de la seconde loi de Newton

Parmi les applications possibles de la deuxième loi de Newton, nous pouvons souligner:

Chute libre: c'est un mouvement observé lorsqu'un objet tombe d'une certaine hauteur à la surface de la terre. Pour étudier le mouvement, on choisit un système de coordonnées où l'origine de l'axe y est sur ce dernier. Dans ce système, la vitesse de chute et l'accélération de la gravité ont un signe négatif. Dans l'exemple illustré, on suppose que l'objet est tombé du repos, mais il peut tomber d'une vitesse initiale différente de zéro.

Pendule simple: particule de masse m suspendue au point O par un fil inextensible de longueur l et de masse négligeable. Si la particule se déplace à une position θ0 (angle qui fait le fil avec la verticale) et qu'elle est ensuite relâchée, le pendule commence à osciller. Le pendule décrit un chemin circulaire, un arc de cercle de rayon l. Les forces agissant sur la particule de masse m sont deux, le poids et la tension T du fil.

Pendule simple: diagramme de force
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Newton's Laws Of Motion (2) : Force, Mass And Acceleration

La troisième loi ou le principe d'action et de réaction de Newton

La troisième loi de Newton stipule que chaque fois qu'un objet exerce une force sur un second objet, il exerce une force de grandeur et de direction égales, mais dans le sens opposé au premier. Il est souvent énoncé comme suit: Chaque action s'oppose toujours à une réaction égale mais dans la direction opposée. Dans toute interaction, il y a une paire de forces d'action et de réaction situées dans la même direction avec une amplitude et des sens opposés égaux. La formulation originale de Newton est:

Avec toute action se produit toujours une réaction égale et opposée: cela signifie que les actions mutuelles de deux corps sont toujours les mêmes et dirigées dans la direction opposée.

Cette troisième loi de Newton est complètement originale (puisque les deux premières avaient déjà été proposées d'une autre manière par Galilée, Hooke et Huygens) et fait des lois de la mécanique un ensemble logique et complet. Il déclare que pour chaque force qui agit sur un corps, il exerce une force d'intensité égale, mais dans le sens opposé sur le corps qui l'a produit. En d'autres termes, les forces, situées sur la même ligne, apparaissent toujours par paires de même amplitude et direction, mais avec une direction opposée. Si deux objets interagissent, la force F12, exercée par l'objet sur l'objet, est égale en amplitude avec la même direction mais des sens opposés à la force F21 exercée par l'objet sur l'objet.

F12 = -F21

Ce principe suppose que l'interaction entre deux particules se propage instantanément dans l'espace (ce qui nécessiterait une vitesse infinie), et dans sa formulation originale n'est pas valide pour les forces électromagnétiques puisqu'elles ne se propagent pas instantanément dans l'espace, mais elles le font à vitesse finie "c". Ce principe relie deux forces qui ne sont pas appliquées à un même corps, produisant en elles des accélérations différentes, selon leurs masses. Pour le reste, chacune de ces forces obéit à la seconde loi séparément. Avec les lois précédentes, cela permet d'énoncer les principes de conservation du moment linéaire et du moment angulaire.

La force de réaction (flèche verte) augmente à mesure que l'objet augmente, la force appliquée (flèche rouge)
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Applications de la troisième loi de Newton

Quelques exemples où les forces d'action-réaction agissent sont les suivants:

• Si une personne en pousse une autre de même poids, les deux bougent à la même vitesse mais dans la direction opposée.
  Lorsque nous avons sauté, nous avons poussé vers le sol, ne bouge pas à cause de leur grande masse, ce qui nous pousse avec le même jusqu'à intensité.
• Une personne ramant dans un bateau pousse l'eau avec la pagaie dans une direction et l'eau répond en poussant le bateau dans la direction opposée.
• Quand nous marchons, nous poussons la terre vers l'arrière avec nos pieds, auxquels la terre répond en nous poussant vers l'avant, nous faisant avancer.
• Quand une balle est tirée, l'explosion de la poudre exerce une force sur l'arme à feu (le retrait subi par les armes à feu de feu), qui réagit à exercer une force d'intensité égale mais dans le sens opposé de la balle .
• La force de réaction exercée sur une surface supportée objet qui y est appelée force normale perpendiculaire à la direction de surface.
• Les forces à distance ne sont pas une exception, car la force que la Terre exerce sur la Lune et vice versa, sa paire d'action et de réaction correspondante:

Les lois du mouvement de Newton (3): action et réaction

Références :

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