Tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme, sauf si une force extérieure agit sur lui. Cette première loi, aussi appelée principe d'inertie, établit que la vitesse ne se modifie pas sans cause. Dans l'Univers, une planète poursuit son orbite non pas parce qu'une force la pousse, mais parce qu'aucune force ne la ralentit.
Si la somme des forces extérieures est nulle, l'accélération l'est aussi : \( \boldsymbol{\sum \vec{F}_{\text{ext}} = 0 \quad \Longleftrightarrow \quad \vec{v} = \text{constante}} \)
Exemple concret : Une tasse posée sur une table reste immobile tant que les forces qui agissent sur elle s'équilibrent. Dans l'espace interstellaire, une sonde lancée à 50 000 km/h poursuit sa route indéfiniment à la même vitesse, sans jamais ralentir, car aucune force ne s'oppose à son mouvement.
La deuxième loi relie directement la cause (la force) à l'effet (l'accélération). Dans un référentiel galiléen, la somme des forces appliquées à un objet matériel est égale au produit de sa masse par l'accélération subie. Plus sa masse est grande, plus il est difficile de modifier le mouvement. Cette résistance au changement est nommée inertie. La relation causale est désormais explicite, une force imprime toujours une accélération dans la direction où elle s'exerce : \( \boldsymbol{\sum \vec{F} = m \cdot \vec{a}} \)
Exemple concret : Un caddie vide se met facilement en mouvement d'une simple poussée, mais lorsqu'il est chargé de courses, il faut pousser beaucoup plus fort pour obtenir sa mise en mouvement. Masse triplée implique force triplée pour un même effet.
L'action est toujours égale à la réaction. Lorsqu'un corps A exerce une force sur un corps B, ce dernier exerce simultanément sur A une force de même intensité, même direction mais de sens opposé. Ces deux forces agissent sur des corps différents, donc ne s'annulent pas : \( \boldsymbol{\vec{F}_{A \to B} = - \vec{F}_{B \to A}} \)
Exemple concret : Une fusée éjecte des gaz brûlants vers le bas à grande vitesse (action). En réaction, ces gaz exercent une poussée de même intensité vers le haut sur la fusée, la propulsant dans l'espace. Même dans le vide spatial où il n'y a plus d'air à repousser, ce principe reste pleinement efficace car les forces s'appliquent directement entre la fusée et les gaz éjectés. Ce principe ne nécessite aucun support extérieur, contrairement à une idée répandue. Lorsque le carburant est épuisé, la fusée conserve sa vitesse dans le vide spatial (première loi), poursuivant sa trajectoire sans ralentir.
Les trois lois forment un système cohérent. La première définit le cadre (référentiel inertiel). La seconde quantifie la relation dynamique. La troisième assure la conservation de la quantité de mouvement dans un système isolé. Ensemble, elles décrivent tous les mouvements, de la chute d'une pomme aux trajectoires planétaires.
N.B. :
Ces lois, publiées en 1687 dans les Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, ont marqué la naissance de la mécanique classique. Leur formulation est restée inchangée depuis le 17e siècle, preuve de leur robustesse.
| Loi | Énoncé | Formule | Exemple |
|---|---|---|---|
| Première loi (inertie) | Un corps reste au repos ou en mouvement rectiligne uniforme si aucune force n'agit sur lui. | \(\sum \vec{F} = 0 \Rightarrow \vec{v} = \text{cte}\) | Une sonde spatiale dans le vide interstellaire |
| Deuxième loi (dynamique) | La somme des forces est égale au produit de la masse par l'accélération. | \(\sum \vec{F} = m \cdot \vec{a}\) | Pousser une voiture en panne |
| Troisième loi (action-réaction) | Toute action entraîne une réaction égale et opposée. | \(\vec{F}_{A \to B} = - \vec{F}_{B \to A}\) | Recul d'un fusil lors du tir |
Source : Stanford Encyclopedia of Philosophy - Newton's Philosophiae Naturalis Principia Mathematica et Encyclopædia Britannica - Newton's laws of motion.
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