Comment la force et le mouvement sont-ils liés?

Friction et résistance à l'air sont des forces déséquilibrées qui arrêtent le mouvement d'une voiture jouet.

Isaac Newton a donné la meilleure description des liens entre la force et le mouvement dans ses trois lois célèbres, et apprendre à leur sujet est une partie cruciale de l'apprentissage de la physique. Ils vous disent ce qui se passe quand une force est appliquée à une masse, et définissent également le concept clé de la force. Si vous voulez comprendre la relation entre la force et le mouvement, les deux premières lois de Newton sont les plus importantes à prendre en compte et faciles à appréhender. Ils expliquent que tout changement de mouvement à ne pas bouger ou vice-versa nécessite une force déséquilibrée, et que la quantité de mouvement est proportionnelle à la taille de la force et inversement proportionnelle à la masse de l'objet.

TL; DR (trop long, n'a pas lu)

S'il n'y a pas de force, ou si les seules forces sont parfaitement équilibrées, un objet restera immobile ou continuera à avancer exactement à la même vitesse. Seules les forces déséquilibrées provoquent des changements dans la vitesse d'un objet, y compris en changeant sa vitesse de zéro (c'est-à-dire stationnaire) à plus de zéro (en mouvement).

Première loi de Newton: Forces et mouvement déséquilibrés

La première loi de Newton dit qu'un objet restera au repos (pas en mouvement) ou en mouvement exactement à la même vitesse et exactement dans la même direction, à moins qu'il ne soit agi par une force «déséquilibrée». En termes plus simples, il dit que quelque chose ne bouge que si quelque chose d'autre le pousse, et que les choses s'arrêtent seulement, changent de direction ou commencent à bouger plus vite si quelque chose le pousse.

Comprendre le sens de «force déséquilibrée» clarifie cette loi. Si deux forces agissent sur un objet, l'une le poussant vers la gauche et l'autre le poussant vers la droite, il ne bougera que si l'une des forces est plus grande que l'autre. Si elles ont exactement la même force, l'objet restera juste là où il est.

Une façon d'imaginer cela est de penser à un ensemble d'échelles, avec des poids de chaque côté de celui-ci. Les poids sont attirés par la gravité, et la seule chose qui affecte la force de gravité est la quantité de masse qu'il y a. Si vous avez la même quantité de masse des deux côtés, la balance reste immobile. L'échelle ne bouge que si vous la faites littéralement déséquilibrée en termes de masse. La différence de masse signifie que les forces agissant de part et d'autre de l'échelle sont déséquilibrées et que l'échelle se déplace.

Imaginer un mouvement constant à la même vitesse est plus difficile parce que vous ne le rencontrez pas dans la vie de tous les jours. Pensez à ce qui se passerait si vous aviez une voiture-jouet assise sur une surface parfaitement lisse (sans frottement) et qu'il n'y avait pas d'air dans la pièce. La voiture resterait immobile à moins d'être poussée, comme décrit ci-dessus. Mais que se passe-t-il après la poussée? Il n'y a pas de friction avec la surface pour la ralentir et pas d'air pour la ralentir. La surface équilibre la force de la gravité (par quelque chose appelé la «réaction normale», liée à la troisième loi de Newton), et il n'y a pas de forces agissant sur elle à partir de la gauche ou de la droite. Dans cette situation, la voiture continuerait de voyager à la même vitesse le long de la surface. Si la surface était infiniment longue, la voiture continuerait à tourner à cette vitesse pour toujours.

Deuxième loi de Newton: qu'est-ce que la force?

La deuxième loi de Newton définit le concept de force. Il indique que la force appliquée à un objet est égale à sa masse multipliée par l'accélération que la force provoque. En symboles, c'est:

F = ma

L'unité de force est le Newton - pour reconnaître la personne qui l'a défini - qui est un raccourci pour dire kilogramme-mètres par seconde au carré (kg m / s)2). Si vous avez une masse de 1 kg, et que vous voulez l'accélérer de 1 m / s toutes les secondes, vous devez appliquer une force de 1 N.

Écrire la loi de Newton de la manière suivante aide à clarifier le lien entre la force et le mouvement:

a = F ÷ m

L'accélération, sur la gauche, nous dit à quel point quelque chose bouge. Le côté droit montre qu'une plus grande force conduit à plus de mouvement, si la masse de l'objet est la même. Si une force spécifique est appliquée, cette équation montre également que la quantité d'accélération dépend de la masse que vous essayez de déplacer. Un objet plus gros et plus lourd se déplace moins qu'un objet plus petit et plus léger soumis à une poussée de même taille. Si vous frappez un ballon de soccer, il bougera beaucoup plus que si vous frappez une balle de bowling avec la même force.

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