Objectifs

• Comprendre le principe d'inertie (première loi de Newton).
• Décrire la chute libre en l'absence de résistance de l'air.
• Relier forces et variation de vitesse via F_net = m a et les équations du mouvement uniformément accéléré.
• Utiliser les notions de poids, gravité et résistance de l'air pour interpréter des situations simples.

Notions clés

• Inertie et mouvement rectiligne uniforme (MRU).
• Force nette F_net et accélération a, avec F_net = m a.
• Gravité (g ≈ 9,81 m/s²) et poids W = m g.
• Chute libre: trajectoire sous gravité sans résistance de l'air.
• Résistance de l'air et son effet sur l'accélération.

Contenu du cours

1) Principe d'inertie : un objet en mouvement ou au repos tend à conserver son état tant qu'aucune force nette ne s'exerce sur lui. Cette idée est formulée par la première loi de Newton.

2) Chute libre : lorsque l'objet est en chute verticale sans résistance de l'air, la seule force efficace est le poids m g et l'accélération est constante et égale à g, dirigée vers le bas. Dans ces conditions, la vitesse augmente régulièrement avec le temps (v = v0 + g t) et la distance parcourue s = s0 + v0 t + 1/2 g t^2.

3) Lien entre forces et variation de vitesse : la variation de vitesse est due à la force nette agissant sur l'objet. Si F_net = 0, la vitesse reste constante (ou le mouvement est uniforme). Si F_net ≠ 0, l'objet s'accélère selon a = F_net / m. Cette idée s'applique aussi à la chute libre lorsqu'on introduit la résistance de l'air : l'accélération devient moindre que g selon la valeur de la résistance.

4) Illustrations simples :

• En vide, deux objets de masses différentes tombent avec la même accélération g.
• Si on pousse une balle vers le bas avec une force supplémentaire, sa vitesse augmente plus rapidement (a = (m g + F_sup) / m).

Activités et applications

• Exercice guidé : comparer chute libre d'objets de masses différentes en l'absence d'air.
• Question rapide : dans quelle situation l'accélération est-elle indépendante de la masse ? (réponse attendue : chute libre dans le vide).
• Mini-problème : si une balle est lâchée d'une hauteur de 5 m sans résistance, approximate t = sqrt(2 h / g) ≈ 1,01 s pour atteindre le sol.

Évaluation rapide

• Vrai ou faux : dans le vide, l'accélération d'un corps en chute libre est la même pour toutes les masses. Réponse : vrai.
• Complétez : si F_net = 0, alors la vitesse change-t-elle ? Réponse : non, la vitesse reste constante.
• Quelle équation décrit l'accélération dans le cadre de F_net = m a ? Réponse : a = F_net / m.

Récapitulatif

• L'inertie pousse à maintenir l'état du mouvement.
• La chute libre illustre une accélération constante due à la gravité en l'absence d'air.
• Le changement de vitesse résulte d'une force nette, selon F_net = m a.