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Vidéo de question : Troisième loi du mouvement de Newton Physique

Un objet avec un poids P = 20 N est attaché à une corde. L’autre extrémité de la corde est attachée à un ressort, comme indiqué sur la figure. Le ressort est étiré jusqu’à ce qu’il se repose. Quelle force verticalement la corde applique-t-elle sur le ressort? Quelle force verticalement le ressort applique-t-il sur la corde? Quelle force verticalement la corde applique-t-elle à l’objet?

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Transcription de vidéo

Un objet avec un poids P est égal à 20 newtons est attaché à une chaîne. L’autre extrémité de la corde est attachée à un ressort, comme indiqué sur la figure. Le ressort est étiré jusqu’à ce qu’il se repose. Quelle force verticale la corde applique-t-elle sur le ressort? Quelle force verticale le ressort applique-t-il sur la corde? Quelle force verticale la corde applique-t-elle à l’objet?

D’accord, donc, dans cette question, nous avons trois composants tous attachés ensemble. Tout d’abord, nous avons le ressort. Deuxièmement, nous avons la corde. Et troisièmement, nous avons l’objet. Et puis, on nous dit que l’objet a un poids P qui se trouve être 20 newtons. Et en plus de cela, nous savons que l’objet est attaché à la corde qui est ensuite attachée au ressort. Et le ressort est prolongé jusqu’au repos. Mais alors, si le ressort est au repos, cela signifie que la corde et l’objet, qui sont attachés au ressort, doivent également être au repos. Par conséquent, tout ce système est au repos.

Ensuite, avec cette information, nous pouvons rappeler quelque chose connu comme la première loi du mouvement de Newton. La première loi du mouvement de Newton nous dit qu’un objet au repos reste au repos et qu’un objet se déplaçant avec une vélocité constante continue à se déplacer à cette vélocité, à moins qu’une force hors équilibre n’agisse sur celui-ci. Donc, en gros, ce que cette loi nous dit en relation avec notre système ici, c’est que si un objet est au repos, alors toutes les forces sur cet objet sont équilibrées.

Et dans cette situation, nous ne parlons pas seulement de cet objet avec le poids P, mais nous pouvons en fait l’appliquer à tout le système. Puisque nous savons de l’énoncé des questions que le ressort est au repos, et que la corde et l’objet doivent également être au repos. Et donc, l’idée est que toutes les forces sur le système entier, le ressort, la corde et l’objet, doivent être équilibrées.

Dans cet esprit, prenons un peu plus une vue agrandie de notre système, ou au moins de la partie du système où les trois objets interagissent. Donc, en orange ici, nous avons dessiné l’objet, en rose, c’est la corde, et en bleu, la partie inférieure du ressort. Maintenant, commençons par le début, on nous a dit que l’objet a un poids de 20 newtons. Et nous savons que le poids d’un objet agit vers le bas. Donc, nous allons étiqueter cette force comme P parce que c’est comme ça qu’on l’a appelé dans la question.

Mais alors, comme nous venons de le voir, parce que cet objet est au repos, cela signifie que les forces sur cet objet doivent être équilibrées. Par conséquent, il doit y avoir une force égale dans la direction ascendante qui est exercée par la corde sur l’objet parce que la corde est ce qui est en contact avec l’objet. Et cette force ascendante doit également avoir une valeur de P car seule une force ascendante de valeur P équilibrera la force descendante de valeur P.

Alors, c’est à ce stade que nous pouvons rappeler quelque chose connue comme la troisième loi du mouvement de Newton. La troisième loi de Newton nous dit que si un objet A exerce une force sur un autre objet, l’objet B, alors B exerce une force égale et opposée sur l’objet A. Donc, dans cette situation, si nous prenons l’objet A comme chaîne et l’objet B comme notre objet, alors nous venons de voir que la chaîne exerce une force ascendante de valeur P sur notre objet. Par conséquent, selon la troisième loi du mouvement de Newton, notre objet exercera une force égale de même valeur mais dans la direction opposée sur la corde. Et par conséquent, nous pouvons dire que sur la corde, une force descendante de valeur P agit. Et cette force est exercée par l’objet.

Et c’est à ce stade que notre diagramme peut devenir un peu déroutant. Mais il faut se rappeler que cette force dessinée en orange et cette force dessinée en noir agissent sur l’objet, alors que cette force descendante P agit sur la corde. Et dans cet esprit, et encore une fois, en utilisant la première loi de Newton, nous pouvons voir que s’il y a une force descendante P agissant sur la corde, alors il doit également y avoir une force ascendante P agissant sur la corde. Parce que de cette façon, les forces sur la corde seront également équilibrées.

Et donc, nous pouvons tirer une force ascendante de P agissant sur la corde. Et cette force sera en fait fournie par le ressort. Mais alors, si nous venons de découvrir que le ressort exerce une force ascendante de P sur la corde, puis en utilisant à nouveau la troisième loi du mouvement de Newton, nous pouvons voir qu’il doit y avoir une force descendante de P agissant sur le ressort cette fois. Et bien sûr, c’est la force exercée par la corde sur le ressort. Et bien sûr, dans cette question, nous allons devoir faire très attention car les mots corde et ressort sonnent de la même manière.

Mais alors, en pensant à compléter notre diagramme, nous pouvons maintenant réaliser que, pour que les forces sur le ressort soient équilibrées, il doit également y avoir une force vers le haut au sommet du ressort de valeur P, surprise, surprise. Et cette force est exercée par le plafond, ou peu importe sur quoi le ressort est attaché. Mais ce n’est pas si pertinent ici.

Donc, pour récapituler, nous avons une force de poids P agissant vers le bas sur l’objet équilibrée par une force ascendante P agissant sur l’objet exercé par la corde. Mais alors, parce que la corde exerce une force ascendante de P sur l’objet, par la troisième loi de Newton, l’objet exerce une force descendante P sur la corde. Maintenant, cette force descendante P doit être équilibrée par une force ascendante P car la corde ne bouge pas. Et cet objet est exercé par le ressort sur la corde.

Et puis, encore une fois, en utilisant la troisième loi de Newton, nous avons donc une force descendante de P exercée par la corde sur le ressort. Et pour que le ressort soit équilibré, très finalement, nous avons une force vers le haut 𝑊 exercée par le plafond sur le ressort.

Donc, sur la base de toutes ces informations, nous pouvons dire que la force verticale vers le bas appliquée par la corde au ressort, donc c’est cette force ici, a une amplitude P qui se trouve être de 20 newtons. Et donc, c’est notre réponse à la première partie de la question.

Ensuite, nous pouvons voir que la force verticale vers le haut exercée par le ressort sur la corde, donc c’est cette force verticale vers le haut, a également une amplitude de P qui est de 20 newtons. Et puis, enfin, nous pouvons dire que la force verticale vers le haut exercée par la corde sur l’objet, donc c’est cette force verticale vers le haut, est également de 20 newtons. Et à ce stade, nous avons trouvé la réponse à toutes nos questions.

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