Exercice 4C.

 

Enoncé :

 

a. Un objet peut-il se déplacer dans une direction autre que celle de la résultante des forces à laquelle il est soumis ?

Illuster la réponse par un exemple.

 

b. Et pour un mouvement rectiligne, la vitesse et la résultante des forces peuvent-elle avoir un sens différent ?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution :

 

a. Un objet peut-il se déplacer dans une direction autre que celle de la résultante des forces à laquelle il est soumis ?

Evidemment, un objet initialement immobile ne peut pas se mettre en mouvement dans une direction alors que la résultante des forces à laquelle il est soumis a une direction différente. Mais là n'est pas la question posée.

La question est :

. . . Un objet peut-il être en mouvement à un instant donné dans une direction différente de celle de la résultante des forces ?

La réponse est : oui !

Voici quelques exemples dans le domaine des sports :

Lorsqu'on lance un ballon (de basket, de foot ou de volley), ou un balle (de tennis, de squash ou de golf), ou un javelot, ou un "poids", ou un marteau, ..., on observe que la trajectoire du projectile est curviligne, inclinée vers le sol.

On peut considérer que la résultante des forces est assimilable au poids `vec{P}` (P = mg) du projectile. Or cette force est verticale descendante, alors que, par exemple, lorsque le projectile est au sommet de sa trajectoire, sa vitesse est horizontale.

A un instant donné, un objet peut donc avoir une vitesse dans une autre direction que celle de la résultante des forces.

 

b. Et pour un mouvement rectiligne, la vitesse et la résultante des forces peuvent-elle avoir un sens différent ?

Là encore la réponse est : oui !

Lorsqu'on lance un projectile à la verticale, vers le haut, celui-ci commence par monter ... avant de retomber.

Pendant toute la phase ascendante, la vitesse du projectile est verticale vers le haut, alors que la résultante des forces appliquées est verticale descendante (comme le poids).

Pour un mouvement rectiligne d'un objet, le sens de la vitesse instantanée et celui de la résultante des forces appliquée à cet objet peuvent être différents.

 

Est-ce en contradiction avec la 2^ème loi de Newton ?

Non !

En effet, la 2^ème loi de Newton ne dit pas que la résultante des forces appliquée à un objet a même direction et même sens que son vecteur vitesse, mais que la variation de son vecteur vitesse.

Or, dans tous les exemples donnés à la question a., si la trajectoire du projectile est incurvée vers le bas, c'est justement parce que, selon la 2^ème loi de Newton, entre 2 instants t et t', la résultante des forces étant verticale descendante, la variation du vecteur vitesse est également verticale descendante.

Autrement dit, pendant la phase montante du mouvement, la vitesse ascensionnelle diminue progressivement; et pendant la phase descendante du mouvement, la vitesse de chute augmente.