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Troisième loi de Newton : le principe des actions réciproques

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Objectifs :

Tout au long de cette fiche, nous allons découvrir la dernière loi de Newton, plus intuitive que les deux autres et nous allons comprendre ce qui se passe si on exerce une pression avec son pouce sur une table. Comment peut-on expliquer la déformation du pouce, par l'action de la table sur le pouce ?

1. Interaction entre deux corps

a. Interaction de contact

Deux dynamomètres, de masses négligeables D₁ et D₂, sont en équilibre et sont donc immobiles.

Il existe deux forces de contact mesurées par chacun des dynanomètres qui ont des valeurs identiques :

Ces vecteurs forces ont les mêmes valeurs et ligne d'action (la droite D₁D₂) mais leur sens est opposé. On note :

Si un objet D₁ agit sur un objet D₂, alors D₂ agit réciproquement sur D₁. On dit qu'il existe une interaction de contact entre D₁ et D₂, faisant intervenir deux forces telles que :

b. Interaction à distance

Les actions réciproques entre la Terre et la Lune ont des conséquences visibles :
•

permet de maintenir la Lune en orbite autour de la Terre
•

permet d'expliquer le phénomène des marées

Ces deux actions ont la même valeur et la même ligne d'action : la droite (TL). Mais leur sens est opposé.

Si l'action de la Lune sur la Terre parait plus faible alors qu'elle est de même intensité que son opposée, c'est parce qu'elle s'exerce sur une plus grande masse (celle de la Terre).

À nouveau, l'action d'un astre sur un autre, implique une réciproque pour le second, même si les actions sont, ici, à distance et entre deux astres en mouvement.

c. Conclusion

Deux corps sont en interaction, de contact ou à distance, si l'état de repos ou de mouvement de l'un dépend de l'existence de l'autre.

Illustration animée : les actions réciproques entre la Terre et un satellite.

2. Principe des actions réciproques

Si un corps A exerce sur un corps B une force

alors B exerce sur A une force telle que :

Que les actions mécaniques entre A et B soient de contact ou à distance, et que ces corps soient en mouvement ou immobiles, ces deux forces ont alors :

         • La même direction : la droite (AB)
         • La même intensité : F_A/B = F_B/A
         • Des sens opposés :

Illustration animée : les actions réciproques entre deux corps

3. Applications pratiques de la troisième loi de Newton

a. Freinage

Lorsqu'un véhicule freine, la résultante des forces de frottement

exercées par le sol sur les pneus est opposée au déplacement et ralentit le mouvement. Simultanément, les pneus exercent réciproquement une force sur le sol que l'on peut voir lorsqu'on observe des traces de gomme sur la route.

b. Propulsion

Les deux systèmes en interaction sont les gaz éjectés et la fusée.

Les gaz éjectés vers l'arrière exercent une force

dirigée vers le haut. Celle-ci fera décoller la fusée car d'après le principe d'interaction :

dirigée vers le bas.

c. Locomotion

Le coureur pousse sur le sol en exerçant une force

dirigée vers l'arrière, tandis que réciproquement, le sol exerce une force

dirigée vers l'avant dont la composante

va propulser le coureur.

L'essentiel

Si un corps A exerce sur un corps B une force

, alors B exerce sur A une force

telle que :

Ces deux forces ont la même droite d'action : la droite (AB).

Ces interactions mécaniques peuvent être des interactions de contact ou à distance et interagir entre deux corps au repos ou en mouvement.

Ces interactions et la loi des actions réciproques expliquent la propulsion d'une fusée ainsi que la locomotion ou le freinage.

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