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Vidéo de question : Première loi de Newton sur le mouvement Physique

Laquelle des affirmations suivantes décrit le mieux la première loi de Newton ? [A] Un objet se déplacera jusqu’à ce qu’une force nette agisse sur lui. [B] Un objet ne bougera que si une force nette agit sur lui. [C] Un objet changera de sens si une force nette agit sur lui. [D] Un objet ne changera pas de vecteur vitesse sauf si une force nette agit sur lui.

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Transcription de vidéo

Laquelle des affirmations suivantes décrit le mieux la première loi de Newton ?

Donc, nous avons quatre affirmations, alors passons-les en revue une par une et voyons laquelle est correcte. Numéro un : un objet se déplacera jusqu’à ce qu’une force nette agisse sur lui. Donc, ce que dit cette affirmation, c’est qu’un objet continuera à se déplacer. Alors disons que nous avons cet objet ici, qui est une balle. Et cette balle continuera à se déplacer, disons avec un vecteur vitesse 𝑣 jusqu’à ce qu’il y ait une force nette sur l’objet. Alors, est-ce vrai ?

Eh bien, non, nous n’observons pas des objets constamment en mouvement autour de nous, n’est-ce pas ? Alors, si l’objet en lui-même se déplace déjà avec un certain vecteur vitesse, alors oui, la seule façon de l’empêcher de se déplacer est d’exercer une force nette sur lui. Mais que se passe-t-il si la force nette ne va pas à l’encontre de son vecteur vitesse, mais va plutôt dans le sens de son vecteur vitesse ?

Eh bien, cette force entraînerait l’accélération de l’objet. Et aussi qu’en est-il si l’objet était initialement immobile, s’il ne bougeait pas ? Il n’y a alors pas de force nette sur cet objet, alors devrait-il commencer à bouger ? Non, cette affirmation n’a aucun sens. Ce n’est pas la réponse à notre question. Passons donc à l’affirmation numéro deux.

La deuxième affirmation dit qu’un objet ne bougera pas à moins qu’une force nette n’agisse sur l’objet. Donc, ce que dit cette affirmation, c’est que nous avons notre objet ici et qu’il est immobile, et la seule façon de le faire bouger, c’est d’appliquer une force nette dessus.

Alors, si l’objet est en effet immobile et que nous exerçons une force dessus, c’est effectivement le seul moyen de le faire bouger. Cependant, que se passe-t-il si l’objet est déjà en mouvement ? Eh bien, un objet peut être en mouvement même s’il n’y a pas de forces nettes sur lui. Ce qu’il fera, c’est de continuer à se déplacer avec le même vecteur vitesse dans le même sens. En d’autres termes, si l’objet bouge déjà, nous n’avons pas besoin d’exercer une force supplémentaire pour le maintenir en mouvement. Donc, cette affirmation n’a pas de sens non plus. Ce n’est pas la réponse à notre question. Passons donc rapidement au numéro trois.

L’énoncé trois dit qu’un objet changera de sens si une force nette agit sur l’objet. Voici donc notre objet qui se déplace vers la droite avec un vecteur vitesse 𝑣. Et nous exerçons une force nette, disons dans ce sens. Eh bien, dans ce cas, l’objet va tourner dans le sens de la force. Donc, cette affirmation semble cohérente jusqu’à présent. Mais que se passe-t-il si notre objet se déplace vers la droite avec un vecteur vitesse 𝑣 et que nous exerçons une force nette sur lui dans le même sens que son vecteur vitesse ? Est-ce qu’il va changer de sens ?

Eh bien, non, tout ce qu’il fera, c’est d’accélérer dans le même sens que son vecteur vitesse. Nous avons donc trouvé une possibilité pour une force nette sur l’objet de ne pas entraîner un changement de sens. Par conséquent, cette affirmation n’est pas non plus la bonne réponse. Il semble donc que la numéro quatre soit notre solution, mais examinons-la.

Numéro quatre : un objet ne changera pas de vecteur vitesse sauf si une force nette agit sur l’objet. Maintenant oui, cela a du sens. Considérons d’abord un scénario où l’objet est immobile ; en d’autres termes, son vecteur vitesse est nul.

Le seul moyen pour l’objet de changer de vecteur vitesse est d’exercer une force nette sur lui. Alors disons que nous avons une force nette agissant vers la droite. Cet objet va maintenant accélérer, il va aller de plus en plus vite, dans le sens de la force. Et donc il commencera à avoir un vecteur vitesse vers la droite. Mais que faire si nous avions un objet qui se déplaçait déjà vers la droite avec un vecteur vitesse 𝑣 ?

Eh bien, ce que cet objet continuera à faire si nous n’exerçons pas de force nette sur lui, c’est de se déplacer dans le même sens et avec le même vecteur vitesse. En d’autres termes, il continuera à se déplacer vers la droite avec un vecteur vitesse 𝑣 à moins que et jusqu’à ce que nous exercions une force nette sur lui. Et cette force nette peut être dans ce sens que nous avons dessinée et qui ralentira son vecteur vitesse, ou elle pourrait être dans le même sens et cela augmentera le vecteur vitesse, ou elle pourrait être dans n’importe quel autre sens, dans le sens que nous voulons.

Cette force entraînera une accélération dans le sens de la force. Mais attendez, cela ne correspond pas tout à fait. On pourrait dire que nous voulons faire rouler notre objet sur le sol. Maintenant, disons que nous commençons à le faire rouler vers la droite et qu’il a ce vecteur vitesse 𝑣. Eh bien, que se passe-t-il ?

Eh bien, la balle continue à rouler, puis elle ralentit et s’arrête. Mais l’affirmation dit que s’il n’y a pas de force nette, alors la vitesse restera la même et la balle continuera à se déplacer vers la droite. Alors, que se passe-t-il ? Eh bien, dans ce cas, il y a une force nette sur l’objet. C’est la friction entre la balle et la surface qui ralentit la balle, non seulement cela, mais aussi la résistance de l’air.

La balle se déplace dans l’air, et cet air fournit une résistance, ralentissant davantage la balle. Et par conséquent, il est très difficile sur Terre de générer des conditions dans lesquelles un objet ne subit pas de force nette, c’est pourquoi, il nous semble qu’il faut toujours exercer une force pour maintenir un objet en mouvement. En réalité, nous ne le faisons pas. S’il n’y a pas de force nette sur l’objet, il continuera à se déplacer dans le même sens avec le même vecteur vitesse. Mais comme nous l’avons déjà dit, ces conditions sont très très difficiles à générer sur Terre.

Cependant, nous pouvons tester cela dans l’espace où il n’y a pas de résistance de l’air ou pas de frottement et aussi pas de force de gravité pour exercer une force nette. Si nous lançons un véhicule spatial dans l’espace, puis éteignons son moteur pour qu’il n’y ait pas de force nette, pas de gravité, pas de résistance à l’air, pas de frottement, le véhicule spatial continue à se déplacer dans le même sens avec le même vecteur vitesse. Il semble donc que nous avons trouvé notre réponse finale. La description la plus correcte de la première loi de Newton sur le mouvement est qu’un objet ne changera pas de vecteur vitesse à moins qu’une force nette n’agisse sur lui.

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