Mécanique newtonienne
La mécanique classique est la partie de la physique qui décrit comment les choses quotidiennes bougent et comment leur mouvement change sous l'effet de forces. Si nous savons comment les choses se déplacent aujourd'hui, la mécanique classique nous permet de prédire comment elles se déplaceront à l'avenir et comment elles se déplaçaient dans le passé. Nous pouvons utiliser la mécanique classique pour prédire comment des choses comme les planètes et les fusées se déplacent.
La mécanique comporte deux parties. Les deux parties sont la mécanique classique et la mécanique quantique. La mécanique classique est utilisée la plupart du temps pour la plupart des choses que nous pouvons voir, et qui ne vont pas trop vite. Lorsque les choses sont trop petites, la mécanique classique n'est pas bonne. Alors nous devons utiliser la mécanique quantique.
Les trois lois de Newton
Les trois lois du mouvement de Newton sont importantes pour la mécanique classique. Isaac Newton les a découvertes. Les lois de Newton nous disent comment les forces changent la façon dont les choses bougent, mais elles ne disent pas ce qui cause les forces.
La première loi stipule que s'il n'y a pas de force extérieure (une poussée ou une traction), les choses qui ne bougent pas resteront immobiles, et les choses qui bougent continueront à bouger de la même manière. Auparavant, les gens pensaient que les choses ralentiraient et s'arrêteraient de bouger même si aucune force ne les faisait s'arrêter. Newton a dit que c'était faux. Souvent, les gens disent : "Les objets qui ne bougent pas ont tendance à rester immobiles, et les objets qui bougent ont tendance à rester en mouvement, sauf s'ils sont soumis à une force extérieure, comme la gravité, la friction, etc.
La deuxième loi dit à quel point une force modifie la façon dont une chose se déplace. Lorsqu'une force extérieure nette s'exerce sur un objet, sa vitesse (vitesse et direction du mouvement) change. La vitesse à laquelle la vitesse change s'appelle l'accélération. La deuxième loi de Newton dit que des forces plus importantes produisent plus d'accélération. Mais les objets contenant beaucoup de matière (masse) sont plus difficiles à pousser, donc ils n'accélèrent pas autant. Une autre façon de dire cela est que la force nette sur un objet est égale au taux de changement de son élan. L'élan mesure la quantité de masse dans un objet, la vitesse à laquelle il va et la direction qu'il prend. Les forces modifient donc l'élan, mais la mesure dans laquelle elles peuvent modifier la vitesse et la direction du mouvement dépend toujours de la masse.
La troisième loi stipule que si une chose exerce une force sur une autre, la deuxième chose exerce également une force sur la première. La deuxième force est égale en taille à la première force. Les forces agissent dans des directions opposées. Par exemple, si vous sautez d'un bateau vers l'avant, le bateau se déplace vers l'arrière. Pour que vous sautiez en avant, le bateau doit vous pousser vers l'avant. La troisième loi de Newton dit que pour que le bateau vous pousse vers l'avant, vous devez le pousser vers l'arrière. Souvent, les gens disent : "Pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée.
Une page du livre de Newton sur les trois lois du mouvement
Équations cinématiques
En physique, la cinématique est la partie de la mécanique classique qui explique le mouvement des objets sans regarder ce qui provoque le mouvement ou ce que le mouvement affecte.
Cinématique en 1 dimension
La cinématique à une dimension (1D) n'est utilisée que lorsqu'un objet se déplace dans une direction : soit d'un côté à l'autre (de gauche à droite), soit de haut en bas. Il existe des équations qui peuvent être utilisées pour résoudre des problèmes qui ont un mouvement dans une seule dimension ou direction. Ces équations proviennent des définitions de la vitesse, de l'accélération et de la distance.
- La première équation cinématique 1D traite de l'accélération et de la vitesse. Si l'accélération et la vitesse ne changent pas. (Il n'est pas nécessaire d'inclure la distance)
Équation : V f = v i + a t {\displaystyle V_{f}=v_{i}+at}
Vf est la vitesse finale.
vi est la vitesse de départ ou initiale
a est l'accélération
t est le temps, c'est-à-dire la durée pendant laquelle l'objet a été accéléré.
- La deuxième équation cinématique 1D trouve la distance parcourue, en utilisant la vitesse moyenne et le temps. (Il n'est pas nécessaire d'inclure l'accélération)
Équation : x = ( ( V f + V i ) / 2 ) t {\displaystyle x=((V_{f}+V_{i})/2)t}
x est la distance parcourue.
Vf est la vitesse finale.
vi est la vitesse de départ ou initiale
t est le temps
- La troisième équation cinématique 1D trouve la distance parcourue, alors que l'objet est en accélération. Elle traite de la vitesse, de l'accélération, du temps et de la distance. (Il n'est pas nécessaire d'inclure la vitesse finale)
Équation : X f = x i + v i t + ( 1 / 2 ) a t 2 {\displaystyle X_{f}=x_{i}+v_{i}t+(1/2)at^{2}}
X f {\displaystyle X_{f}}
est la distance finale déplacée
xi est la distance de départ ou initiale
vi est la vitesse de départ ou initiale
a est l'accélération
t est le temps
- La quatrième équation cinématique 1D trouve la vitesse finale en utilisant la vitesse initiale, l'accélération et la distance parcourue. (Il n'est pas nécessaire d'inclure le temps)
Équation : V f 2 = v i 2 + 2 a x {\displaystyle V_{f}^{2}=v_{i}^{2}+2ax}
Vf est la vitesse finale
vi est la vitesse de départ ou initiale
a est l'accélération
x est la distance parcourue
Cinématique en 2 dimensions
La cinématique bidimensionnelle est utilisée lorsque le mouvement se produit à la fois dans la direction x (de gauche à droite) et dans la direction y (de haut en bas). Il existe également des équations pour ce type de cinématique. Cependant, il existe différentes équations pour la direction x et différentes équations pour la direction y. Galileo a prouvé que la vitesse dans la direction x ne change pas pendant toute la course. Cependant, la direction y est affectée par la force de gravité, donc la vitesse y change pendant la course.
Équations de la direction X
Mouvement de gauche et de droite
- La première équation de la direction x est la seule qui soit nécessaire pour résoudre les problèmes, car la vitesse dans la direction x reste la même.
Équation : X = V x ∗ t {\displaystyle X=V_{x}*t}
X est la distance parcourue dans la direction x
Vx est la vitesse dans la direction x
t est le temps
Équations de la direction Y
Mouvement de haut en bas. Affecté par la gravité ou une autre accélération externe
- La première équation de direction y est presque la même que la première équation cinématique à une dimension, sauf qu'elle traite de la vitesse y changeante. Elle traite d'un corps en chute libre alors qu'il est affecté par la gravité. (La distance n'est pas nécessaire)
Équation : V f y = v i y - g t {\displaystyle V_{f}y=v_{i}y-gt}
Vfy est la vitesse y finale
viy est la vitesse de départ ou vitesse initiale y
g est l'accélération due à la gravité qui est de 9,8 m / s 2 {\displaystyle m/s^{2}}
ou 32 f t / s 2 {\displaystyle ft/s^{2}}
t est le temps
- La deuxième équation de direction y est utilisée lorsque l'objet est affecté par une accélération distincte, et non par la gravité. Dans ce cas, la composante y du vecteur d'accélération est nécessaire. (La distance n'est pas nécessaire)
Équation : V f y = v i y + a y t {\displaystyle V_{f}y=v_{i}y+a_{y}t
Vfy est la vitesse y finale
viy est la vitesse de départ ou vitesse initiale y
ay est la composante y du vecteur d'accélération
t est le moment
- La troisième équation de la direction y trouve la distance parcourue dans la direction y en utilisant la vitesse y moyenne et le temps. (Ne nécessite pas d'accélération de la gravité ou d'accération externe)
Équation : X y = ( ( V f y + V i y ) / 2 ) t {\displaystyle X_{y}=((V_{f}y+V_{i}y)/2)t}
Xy est la distance parcourue dans la direction y
Vfy est la vitesse y finale
viy est la vitesse de départ ou vitesse initiale y
t est le moment
- La quatrième équation de la direction y traite de la distance parcourue dans la direction y tout en étant affectée par la gravité. (N'a pas besoin de la vitesse y finale)
Équation : X f y = X i y + v i y - ( 1 / 2 ) g t 2 {\displaystyle X_{f}y=X_{i}y+v_{i}y-(1/2)gt^{2}}
X f y {\displaystyle X_{f}y}
est la distance finale déplacée dans la direction y
xiy est la distance de départ ou initiale dans la direction y
viy est la vitesse de départ ou initiale dans la direction y
g est l'accélération de la gravité qui est de 9,8 m / s 2 {\displaystyle m/s^{2}} ou 32 f t / s 2 {\displaystyle ft/s^{2}}
t est le temps
- La cinquième équation de la direction y traite de la distance parcourue dans la direction y tout en étant affectée par une accélération différente de la gravité. (N'a pas besoin de la vitesse y finale)
Équation : X f y = X i y + v i y + ( 1 / 2 ) a y t 2 {\displaystyle X_{f}y=X_{i}y+v_{i}y+(1/2)a_{y}t^{2}}
X f y {\displaystyle X_{f}y} est la distance finale déplacée dans la direction y
xiy est la distance de départ ou initiale dans la direction y
viy est la vitesse de départ ou initiale dans la direction y
ay est la composante y du vecteur d'accélération
t est le temps
- La sixième équation de la direction y trouve la vitesse y finale alors qu'elle est affectée par la gravité sur une certaine distance. (N'a pas besoin de temps)
Équation : V f y 2 = V i y 2 - 2 g x y {\displaystyle V_{f}y^{2}=V_{i}y^{2}-2gx_{y}}
Vfy est la vitesse finale dans la direction y
Viy est la vitesse de départ ou initiale dans la direction y
g est l'accélération de la gravité qui est de 9,8 m / s 2 {\displaystyle m/s^{2}} ou 32 f t / s 2 {\displaystyle ft/s^{2}}
xy est la distance totale parcourue dans la direction y
- La septième équation de direction y trouve la vitesse y finale alors qu'elle est affectée par une accélération autre que la gravité sur une certaine distance. (N'a pas besoin de temps)
Équation : V f y 2 = V i y 2 + 2 a y x y {\displaystyle V_{f}y^{2}=V_{i}y^{2}+2a_{y}x_{y}}
Vfy est la vitesse finale dans la direction y
Viy est la vitesse de départ ou initiale dans la direction y
ay est la composante y du vecteur d'accélération
xy est la distance totale parcourue dans la direction y
Pages connexes
- Les lois de Newton sur les motions
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que la mécanique classique ?
R : La mécanique classique est la partie de la physique qui décrit comment les choses de tous les jours se déplacent et comment leur mouvement change à cause des forces.
Q : Comment la mécanique classique peut-elle être utilisée ?
R : La mécanique classique peut être utilisée pour prédire comment des choses comme les planètes et les fusées se déplacent, ainsi que pour prédire comment elles se déplaceront dans le futur et comment elles se déplaçaient dans le passé.
Q : Quand la mécanique classique n'est-elle pas exacte ?
R : La mécanique classique n'est pas précise lorsque les choses ont la taille d'un atome ou moins, ou lorsque les choses se déplacent à une vitesse proche de celle de la lumière.
Q : Qu'utilisons-nous à la place de la mécanique classique pour les petits objets ?
R : Pour les petits objets tels que les atomes, nous utilisons la mécanique quantique au lieu de la mécanique classique.
Q : Qu'utilise-t-on à la place de la mécanique classique pour les objets qui se déplacent rapidement ?
R : Pour les objets qui se déplacent rapidement, comme ceux qui sont proches de la vitesse de la lumière, nous utilisons la relativité spéciale au lieu de la mécanique classique.
Q : Y a-t-il des chevauchements entre ces différentes formes de physique ? R : Oui, il peut y avoir un certain chevauchement entre les différentes formes de physique en fonction du type de mouvement étudié.
