Lois de Newton et applications

Bienvenue, Ahmed Bennani 👋
2ème BAC Sciences Physiques · Physique-Chimie
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⚛️ Physique · Chapitre 3 · الفيزياء

Les oscillations mécaniquesالذبذبات الميكانيكية

🎓 2ème BAC Sciences Physiques
⏱️ Durée ~2h 30min
📊 Niveau Intermédiaire
🎬 1 vidéo + 12 exercices
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Objectifs du programme officiel

أهداف البرنامج الرسمي
00
  • Connaître et exploiter les expressions du vecteur vitesse instantanée et du vecteur accélération.
  • Connaître les coordonnées du vecteur accélération dans un repère cartésien et dans la base de Frenet.
  • Exploiter le produit a·v pour déterminer la nature du mouvement (accéléré/retardé).
  • Connaître le référentiel galiléen et la deuxième loi de Newton ΣF_ext = m·dV_G/dt = m·a_G.
  • Reconnaître le rôle de la masse dans l'inertie d'un système ; connaître la troisième loi de Newton.
  • Connaître et exploiter les deux modèles de frottement fluide F=-kv·i et F=-kv²·i.
  • Appliquer la 2ème loi de Newton à la chute verticale avec frottement, chute libre, plan incliné, mouvement de projectile, particule chargée (champ électrique, force de Lorentz), et mouvement des satellites/planètes (lois de Kepler, gravitation universelle).
🎬

Vidéo du cours

فيديو الدرس
01
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🇫🇷 Français
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🎥 Cours animé · Full HD
Les oscillations mécaniques — Cours complet
Version : Français · 14:32
📖

Le cours

الدرس
02

Les lois de Newton constituent le fondement de la mécanique classique. Elles permettent de prédire le mouvement de tout système soumis à des forces connues.

Cinématique : vitesse, accélération, repères · علم الحركة: السرعة والتسارع والمراجع

Le vecteur vitesse instantanée est la dérivée du vecteur position : v⃗ = dr⃗/dt. En coordonnées cartésiennes : v⃗ = (vₓ, vy, vz). Le vecteur accélération est a⃗ = dv⃗/dt = d²r⃗/dt². Dans la base de Frenet (trajectoire courbe), l'accélération se décompose en composante tangentielle a_T = dv/dt (variation de la valeur de la vitesse) et composante normale a_N = v²/R (centripète, due à la courbure de la trajectoire, R est le rayon de courbure). Le produit a⃗·v⃗ permet de déterminer le type de mouvement : positif → accéléré, négatif → retardé, nul → uniforme.

Les trois lois de Newton · قوانين نيوتن الثلاثة

1ère loi (principe d'inertie) : Dans un référentiel galiléen, tout corps soumis à des forces dont la résultante est nulle est soit au repos, soit en mouvement rectiligne uniforme. 2ème loi (loi fondamentale de la dynamique) : $\sum \vec{F}_{ext} = m\vec{a}_G$ = m × dv⃗_G/dt. Elle s'applique dans un référentiel galiléen au centre de masse G du système de masse m. 3ème loi (principe des actions réciproques) : Si A exerce une force F⃗_{A→B} sur B, alors B exerce sur A une force F⃗_{B→A} = -F⃗_{A→B} (forces égales, opposées, de même droite d'action, mais s'appliquant à des corps différents). La masse m mesure l'inertie du corps (résistance à la variation de mouvement).

Frottement fluide et chute avec frottement · الاحتكاك السائلي والسقوط مع الاحتكاك

Le frottement fluide modélise la résistance d'un milieu visqueux (air, eau) sur un corps en mouvement. Deux modèles : f⃗ = -k·v⃗ (frottement proportionnel à la vitesse, pour les petites vitesses) ou f⃗ = -k·v²·v̂ (proportionnel au carré de la vitesse, pour les grandes vitesses). Lors d'une chute verticale avec frottement f = kv, la loi fondamentale donne : m × dv/dt = mg - kv. En régime permanent (dv/dt = 0), la vitesse limite est $v_{lim} = mg/k$. La solution est v(t) = v_lim × (1 - e^(-t/τ)) avec τ = m/k. La vitesse limite est atteinte quand le poids égale la force de frottement.

Applications : plan incliné, projectile, satellite, particule chargée · التطبيقات: المستوى المائل، المقذوف، القمر الاصطناعي، الجسيم المشحون

Plan incliné : un solide de masse m sur un plan incliné d'angle α, la composante parallèle au plan du poids est mg sin α. Mouvement de projectile : en l'absence de frottement, les mouvements horizontaux (MRU : x = v₀cosα × t) et verticaux (MRUA : y = v₀sinα × t - ½gt²) sont indépendants. La trajectoire est une parabole. Satellite en orbite circulaire : la gravitation assure la force centripète : GMm/r² = mv²/r → v = √(GM/r). Les lois de Kepler s'appliquent : T² ∝ r³. Particule chargée dans un champ électrique uniforme E⃗ : F⃗ = qE⃗. Si le champ est perpendiculaire à v⃗₀ initiale, la particule décrit une trajectoire parabolique (analogie avec le projectile). Dans un champ magnétique B⃗, la force de Lorentz F⃗ = qv⃗ × B⃗ est perpendiculaire à v⃗ → mouvement circulaire uniforme.

💡

L'essentiel à maîtriser

الأساسي الواجب إتقانه
03
📐
Formules & règles à retenir
القوانين والقواعد الواجب تذكّرها
Vecteur accélération (base de Frenet)
$\vec{a} = a_T\hat{t}+a_N\hat{n}$, $a_N=v^2/R$, $a_T=dv/dt$
2ème loi de Newton
$\sum\vec{F}_{ext}=m\vec{a}_G$
Vitesse limite (chute avec frottement f = kv)
$v_{lim}=mg/k$
Vitesse d'un satellite en orbite circulaire
$v=\sqrt{GM/r}$
Loi de la gravitation universelle
$F = G\dfrac{Mm}{r^2}$ (G = 6,67×10⁻¹¹ N·m²·kg⁻²)
3ème loi de Kepler
$T^2/r^3$ = 4π² / (GM) = cste pour un astre donné
⚠️
Attention aux erreurs
انتبه للأخطاء
Appliquer la 2ème loi de Newton dans un référentiel non galiléen.La loi ΣF = ma ne s'applique que dans un référentiel galiléen (non accéléré). Dans un référentiel accéléré, il faut ajouter des forces fictives (pseudo-forces).
Oublier la normale dans la décomposition de l'accélération.Sur une trajectoire courbe, a⃗ = a_T t̂ + a_N n̂. La composante normale a_N = v²/R n'est jamais nulle si la trajectoire est courbe, même si v est constant.
Confondre la 3ème loi de Newton (action-réaction) avec l'équilibre.Les deux forces de la 3ème loi s'appliquent sur deux corps différents, elles ne s'annulent pas. L'équilibre, lui, concerne des forces s'appliquant sur le même corps.

Quiz de compréhension

رائز الفهم
04
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Exercices d'entraînement

تمارين تطبيقية
06
🔵 Application تطبيق · 4
🟡 Médium متوسط · 4 🎁
🟠 Avancé متقدّم · 4 🔒
Exercice 1
🔵 Application · Libre
Un projectile est lancé avec v₀ = 20 m/s à 30° au-dessus de l'horizontale (g = 10 m/s²). Calculer la portée et la hauteur maximale.
✓ Correction écrite
🎬 Vidéo :
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✓ Correction détaillée

v₀ₓ = 20cos30° ≈ 17,3 m/s ; v₀y = 20sin30° = 10 m/s. Hauteur max : H = v₀y²/(2g) = 100/20 = 5 m. Durée totale : 2v₀y/g = 2 s. Portée : x = v₀ₓ × 2 = 17,3 × 2 ≈ 34,6 m.

Exercice 2
🔵 Application · Libre
Un corps de masse 2 kg chute dans l'air avec frottement f = 0,4v (v en m/s). Calculer la vitesse limite et la constante de temps (g = 10 m/s²).
✓ Correction écrite
🎬 Vidéo :
FR
الدارجة

✓ Correction détaillée

v_lim = mg/k = (2×10)/0,4 = 50 m/s. τ = m/k = 2/0,4 = 5 s. v(t) = 50(1 − e^(−t/5)) m/s.

Exercice 3
🔵 Application · Libre
La Lune orbite autour de la Terre à r = 3,84×10⁸ m avec T = 27,3 jours. Calculer la masse de la Terre (G = 6,67×10⁻¹¹ N·m²·kg⁻²).
✓ Correction écrite
🎬 Vidéo :
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✓ Correction détaillée

T² = 4π²r³/(GM) → M = 4π²r³/(GT²) = 4π² × (3,84×10⁸)³ / (6,67×10⁻¹¹ × (27,3×86400)²) ≈ 6,0×10²⁴ kg.

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