3ème loi de Newton et frottements

La troisième loi de Newton (principe des actions réciproques) :

Définition

Lorsqu'un corps A exerce une force sur un corps B, alors le corps B exerce sur A une force de même intensité, de même direction, mais de sens opposé.

Ces deux forces sont parfois appelées action et réaction. Elles forment toujours une paire : on ne peut pas avoir l'une sans l'autre.

Propriétés importantes

Piège classique

La 3ᵉ loi ne dit pas que les forces s'annulent. Deux forces qui se compensent doivent être appliquées sur le même corps. Or une paire action/réaction est appliquée sur deux corps différents : elle ne peut donc jamais s'annuler.

Exemples concrets

• La marche : ton pied pousse le sol vers l'arrière ; le sol pousse ton pied vers l'avant → tu avances.
• La fusée : la fusée pousse les gaz vers le bas ; les gaz poussent la fusée vers le haut → propulsion.
• Le nageur : il pousse l'eau vers l'arrière avec ses mains ; l'eau le pousse vers l'avant.
• La balle qui rebondit : la balle appuie sur le mur ; le mur renvoie la balle.
• La Terre et la Lune : la Terre attire la Lune autant que la Lune attire la Terre (même si leurs effets sont très différents, car leurs masses diffèrent).

Cas particuliers

• Forces à distance : la loi s'applique aussi (gravitation, forces électriques). Le Soleil attire la Terre autant (en intensité) que la Terre attire le Soleil.
• Corps immobile : même si un objet ne bouge pas, les paires action/réaction existent. Un livre posé sur une table : le livre appuie sur la table (action), la table soutient le livre (réaction). Cette paire-ci est différente du poids du livre !
• Système isolé : si deux patineurs se poussent, ils partent en sens opposés ; le plus léger part avec la plus grande accélération (a = F/m).

Les frottements :

Définition

Le frottement est une force de contact qui s'oppose au mouvement (ou à la tendance au mouvement) entre deux surfaces en contact.

 ​​​​​La force de frottement f est : 

1. Le coefficient de frottement μ

• f : force de frottement (N)
• N : réaction normale de la surface, perpendiculaire au contact (N)
• \mu : coefficient de frottement, sans unité, dépend des matériaux et de l'état des surfaces (sec, lubrifié…).

Valeurs typiques (ordre de grandeur) :

2. Frottement statique (adhérence)

3. Frottement dynamique (cinétique)

Exemples concrets

• Voyageur dans un bus qui freine : la friction statique entre ses chaussures et le sol le retient ; si le freinage est trop violent, elle devient insuffisante et il glisse en avant.
• ABS des voitures : en empêchant le blocage des roues, on reste en frottement statique (μs élevé) entre pneu et route → freinage plus court et direction contrôlable.
• Cire de ski / huile : elles abaissent μ pour réduire f_d.
• Marche sur glace : μ très faible → f_s insuffisante pour propulser, on glisse.
• Le breakeur qui bloque ses roues : le pneu glisse sur la route, frottement dynamique plus faible → distance de freinage plus longue.

Cas particuliers

• Plan incliné : décomposition du poids → N = mg\cos\theta, f = \mu\, mg\cos\theta.
• Rail horizontal : N = mg (le frottement est proportionnel au poids).
• Forces verticales (frottement fluide) : dans l'air ou l'eau, le frottement dépend de la vitesse

  

   — modèle différent du frottement solide-solide.
• Vitesse limite de chute : le frottement fluide augmente avec la vitesse jusqu'à équilibrer le poids → vitesse terminale constante (parachute, goutte de pluie).
• Roue qui roule sans glisser : contact roue/sol = frottement statique (point de contact immobile par rapport au sol) ; roue bloquée = frottement dynamique.

Méthode type de résolution d'exercice :

Résumé :

Les formules deviennent automatiques à force d’utilisation.