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Physique · Prépa concours post-bac — ISPITS (paramédical)

Applications des lois de Newton (Chute verticale, Mouvements plans)

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

  1. Lois de Newton : Dans un référentiel galiléen, la somme des forces extérieures est égale au produit de la masse par l'accélération : $\sum \vec{F} = m \vec{a}$.
  2. Chute verticale :
    • Chute libre : $\vec{P} = m \vec{a} \implies \vec{a} = \vec{g}$.
    • Chute avec frottements : $\vec{P} + \vec{F_A} + \vec{f} = m \vec{a}$.
    • Force de frottement fluide : $\vec{f} = -k \vec{v}$ (ou $-k v^2 \vec{v}$).
  3. Mouvements plans :
    • Projection dans un repère orthonormé $(O, \vec{i}, \vec{j})$.
    • Équations horaires : $x(t) = v_0 \cos(\alpha) t + x_0$ et $y(t) = -\frac{1}{2} g t^2 + v_0 \sin(\alpha) t + y_0$.
    • Équation de la trajectoire : $y = f(x)$.

Méthodes à maîtriser

  • Choisir un repère adapté (souvent l'axe vertical orienté vers le bas pour la chute).
  • Établir le bilan des forces avec précision.
  • Projeter les vecteurs sur les axes du repère.
  • Intégrer les équations différentielles pour trouver $v(t)$ et $x(t)$ (ou $y(t)$).

Exemples corrigés

  • Chute libre : Un objet lâché sans vitesse initiale. $\vec{a} = \vec{g}$. Par intégration : $v_z(t) = g \cdot t$ et $z(t) = \frac{1}{2} g t^2$.
  • Projectile : Lancement avec $\vec{v_0}$ faisant un angle $\alpha$. Les composantes de $\vec{a}$ sont $a_x = 0$ et $a_y = -g$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier de projeter les forces sur les axes.
  • Confondre la vitesse initiale avec la vitesse à un instant $t$.
  • Oublier la constante d'intégration lors du passage de $\vec{a}$ à $\vec{v}$ ou de $\vec{v}$ à $\vec{r}$.
  • Signe erroné lors de la projection de $\vec{g}$ ou $\vec{P}$.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Applications des lois de Newton (Chute verticale, Mouvements plans)

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En chute libre, l'accélération dépend-elle de la masse ?

❓ Questions fréquentes

Comment savoir si le référentiel est galiléen ?

Un référentiel est dit galiléen si le principe d'inertie y est vérifié. Pour les exercices de physique au lycée, on considère généralement le référentiel terrestre comme galiléen pour des mouvements de courte durée.

💡 À retenir : Le référentiel terrestre est une approximation suffisante pour les chutes et projectiles.

Kifach n3ref wach nsta3mel f = -kv aw f = -kv^2 ?

C'est l'énoncé qui te l'impose. Si le mouvement est lent, on utilise souvent $f = -kv$. Si le mouvement est rapide (ex: chute d'un parachutiste), on utilise $f = -kv^2$.

💡 À retenir : Lis bien l'énoncé, la loi de frottement y est toujours précisée.

Quelle est la différence entre chute libre et chute avec frottements ?
  1. Chute libre : Seule la force du poids $\vec{P}$ agit sur le corps.
  2. Chute avec frottements : Le poids est accompagné de la poussée d'Archimède $\vec{F_A}$ et de la force de frottement fluide $\vec{f}$.

💡 À retenir : La chute libre est un cas idéal, la chute réelle inclut toujours des frottements.

Chno hiya l-farka bin l-mou3adala t-tafadouliya o l-mou3adala dyal l-masar ?
  1. L'équation différentielle lie l'accélération (ou la vitesse) au temps : $dv/dt = f(v, t)$.
  2. L'équation de la trajectoire lie les coordonnées spatiales entre elles : $y = f(x)$.

💡 À retenir : L'équation différentielle décrit l'évolution temporelle, la trajectoire décrit la forme du chemin.

Comment projeter le vecteur poids vec{P} sur un axe incliné d'un angle alpha ?

Si l'axe est incliné, on utilise la trigonométrie : $P_x = mg \sin(\alpha)$ et $P_y = -mg \cos(\alpha)$ (selon l'orientation des axes).

💡 À retenir : Fais toujours un schéma clair avec les angles alternes-internes.

Kifach n7seb l-mouda l-zamaniya bach ywsal l-jism l-ard ?

Tu utilises l'équation horaire $y(t) = 0$ (si l'origine est au sol) et tu résous l'équation du second degré en $t$.

💡 À retenir : La condition $y(t) = 0$ est la clé pour trouver la date d'impact.

L'accélération est-elle toujours constante ?

Non. Elle est constante uniquement en chute libre ou si les forces appliquées sont constantes. Avec des frottements fluides ($f=kv$), l'accélération diminue au cours du temps.

💡 À retenir : $\vec{a}$ dépend de la somme des forces. Si la somme varie, $\vec{a}$ varie.

Pourquoi la vitesse limite est-elle constante ?

Parce qu'à ce stade, l'accélération devient nulle. La somme des forces est nulle : $\vec{P} + \vec{F_A} + \vec{f} = \vec{0}$.

💡 À retenir : Vitesse limite = accélération nulle.

Est-ce que la poussée d'Archimède est toujours négligeable ?

Dans l'air, elle est souvent négligeable devant le poids car la masse volumique de l'air est très faible. Dans un liquide, elle est importante.

💡 À retenir : Vérifie les masses volumiques données dans l'énoncé.

Comment trouver la vitesse initiale à partir d'un graphique v(t) ?

C'est la valeur de la vitesse à l'instant $t=0$, soit l'ordonnée à l'origine du graphe.

💡 À retenir : L'ordonnée à l'origine est toujours la condition initiale.

Est-ce que la trajectoire dépend de la masse du projectile ?

Dans le vide (chute libre), non, la masse se simplifie dans $m\vec{a} = m\vec{g}$. Avec frottements, oui, car la force de frottement dépend de la forme et la masse influence l'inertie.

💡 À retenir : La masse ne joue aucun rôle en chute libre.

Est-ce que l'angle de tir influence la portée ?

Oui, pour une vitesse initiale donnée, la portée maximale est obtenue pour un angle de $45^\circ$ dans le vide.

💡 À retenir : $45^\circ$ est l'angle optimal pour maximiser la distance.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Un projectile est lancé avec une vitesse $v_0 = 20$ m/s faisant un angle $\alpha = 30^\circ$ avec l'horizontale. On néglige les frottements. $g = 10$ m/s².

  1. Établir les équations horaires du mouvement.
  2. Déterminer l'équation de la trajectoire.
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Exercice 2

Une bille tombe dans l'huile. Forces : Poids, poussée d'Archimède, frottement $f = kv$. Établir l'équation différentielle vérifiée par la vitesse $v$.

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Exercice 3

Calculer la vitesse limite $v_{lim}$ pour l'exercice précédent.

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