Le mouvement est un sujet majeur en mécanique.
Il existe différentes lois qui expliquent le mouvement et les causes des changements de mouvement. Les plus célèbres de ces lois des mouvements ont été proposées par Sir Issac Newton. Il a compilé les trois lois du mouvement dans Mathematical Principles of Natural Philosophy (publié en 1687).
Avant de commencer à discuter des lois du mouvement de Newton, examinons certains termes et concepts de base utilisés pour décrire le mouvement.
La force est une poussée ou une traction qui agit sur un objet pour le déplacer ou pour changer son mouvement.
La vitesse est également connue sous le nom de vitesse. La vitesse d'un objet est influencée par les forces.
L'accélération est une mesure de la vitesse à laquelle un objet change dans un certain temps (une seconde).
La masse est la quantité de quelque chose présente et est mesurée en grammes ou en kilogrammes.
L'élan est la quantité totale de mouvement présente dans un corps.
Première loi du mouvement de Newton
Un corps continue à être dans son état de repos ou en mouvement uniforme le long d'une ligne droite à moins qu'une force externe ne lui soit appliquée. Que nous appuyions sur les pédales du vélo pour monter la colline, que nous poussions sur le sol pour marcher jusqu'au parc ou que nous tirions sur un tiroir coincé pour le faire ouvrir, la force que nous exerçons fait bouger les choses. La première loi de Newton nous dit que lorsque la force nette nulle agit, la vitesse de l'objet doit rester constante. Si l'objet est immobile, il reste immobile. S'il se déplace initialement, il continue de se déplacer en ligne droite à vitesse constante.
La première loi de Newton définit l'inertie et est appelée à juste titre la loi de l'inertie . Pour déloger le ketchup du fond d'une bouteille de ketchup, il est souvent retourné et poussé vers le bas à grande vitesse, puis brusquement arrêté.
Certaines applications de la première loi du mouvement de Newton sont les suivantes:
- Afin d'attraper un bus en mouvement en toute sécurité, nous devons avancer dans le sens du mouvement du bus.
- Chaque fois qu'il est nécessaire de sauter d'un bus en mouvement, nous devons toujours courir sur une courte distance après avoir sauté sur la route pour nous empêcher de tomber dans la direction avant.
- Le sang coule de la tête aux pieds tout en s'arrêtant rapidement lorsque vous roulez sur un ascenseur descendant.
- La tête d'un marteau peut être serrée sur le manche en bois en frappant le bas du manche contre une surface dure.
- Les appuie-tête sont placés dans les voitures pour éviter les coups de fouet cervicaux lors de collisions par l'arrière.
- En conduisant une planche à roulettes (ou un chariot ou un vélo), vous volez vers l'avant hors de la planche lorsque vous heurtez un trottoir, un rocher ou un autre objet qui arrête brusquement le mouvement de la planche à roulettes.
Deuxième loi du mouvement de Newton
Selon la deuxième loi du mouvement de Newton, le taux de changement de quantité de mouvement est directement proportionnel à la force appliquée et ce changement a toujours lieu dans la direction de la force appliquée. La force nette agissant sur un objet est égale au produit de la masse de l'objet et de son accélération.
Force nette = masse * accélération ou F = ma
Plus l'objet a de masse, plus la force nette doit être utilisée pour le déplacer.
Certaines applications de la deuxième loi du mouvement de Newton sont les suivantes:
- Si vous utilisez la même force pour pousser un camion et pousser une voiture, la voiture aura plus d'accélération que le camion, car le camion a moins de masse.
- Il est plus facile de pousser un panier vide qu'un panier plein car le panier plein a plus de masse que le vide. Cela signifie qu'il faut plus de force pour pousser le panier complet.
- Un joueur de cricket abaisse ses mains tout en attrapant le ballon. Si un joueur ne baisse pas ses mains en attrapant le ballon, le temps pour arrêter le ballon est très court. Ainsi, une force importante doit être appliquée pour réduire la vitesse de la balle à zéro ou pour modifier l'élan de la balle. Lorsqu'un joueur baisse ses mains, le temps nécessaire pour arrêter le ballon est augmenté et, par conséquent, moins de force doit être appliquée pour provoquer le même changement dans l'élan du ballon. Par conséquent, les mains du joueur ne sont pas blessées.
- Un joueur de karaté casse les piles de tuiles ou de briques d'un seul coup. Lorsqu'un joueur de karaté frappe les piles de tuiles avec ses mains, il le fait aussi vite que possible, en d'autres termes, le temps nécessaire pour frapper les piles de tuiles est très petit. Comme l'élan de la main d'un joueur de karaté se réduit à zéro lorsque ses mains frappent les piles de tuiles dans un très très petit intervalle de temps, par conséquent, une très grande force est exercée sur la pile de tuiles. Cette force est suffisante pour casser le tas de tuiles.
Troisième loi du mouvement de Newton
La troisième loi du mouvement stipule que pour chaque action il y a une réaction égale et opposée qui agit avec le même élan et la vitesse opposée. La déclaration signifie que dans chaque interaction, il y a une paire de forces agissant sur les deux objets en interaction. La taille des forces sur le premier objet est égale à la taille de la force sur le deuxième objet. La direction de la force sur le premier objet est opposée à la direction de la force sur le deuxième objet. Les forces viennent toujours par paires - paires de forces d'action-réaction égales et opposées.
Certaines applications de la troisième loi du mouvement de Newton sont les suivantes:
- Lorsque l'air s'échappe d'un ballon, la réaction inverse est que le ballon s'envole.
- Lorsque vous plongez d'un plongeoir, vous appuyez sur le tremplin. La planche revient et vous force dans les airs.
- Pensez à la façon dont les poissons nagent dans l'eau. Un poisson utilise ses nageoires pour pousser l'eau vers l'arrière. L'eau pousse également le poisson vers l'avant, propulsant ainsi le poisson dans l'eau. La taille de la force sur l'eau est égale à la taille de la force sur le poisson; la direction de la force sur l'eau (vers l'arrière) est opposée à la direction de la force sur le poisson (vers l'avant). Pour chaque action, il existe une force de réaction égale (en taille) et opposée (dans la direction). Les paires action-réaction permettent aux poissons de nager.
- Considérez le mouvement de vol des oiseaux. Un oiseau vole en utilisant ses ailes. Les ailes d'un oiseau poussent l'air vers le bas. Puisque les forces résultent d'interactions mutuelles, l'air doit également pousser l'oiseau vers le haut. La taille de la force sur l'air est égale à la taille de la force sur l'oiseau; la direction de la force sur l'air (vers le bas) est opposée à la direction de la force sur l'oiseau (vers le haut). Ces paires action-réaction permettent aux oiseaux de voler.
