Tu roules tranquille sur ton skate. Un petit caillou bloque une roue. La planche s'arrête net… et toi, tu continues, en vol plané, jusqu'au gazon. Bonne nouvelle : tu viens de vivre la première loi de Newton. Mauvaise nouvelle : il en reste deux.
Le caillou, la planche et ton corps qui n'était pas au courant
Pourquoi ce vol plané ? Personne ne t'a poussé vers l'avant. Ton corps avait simplement une vitesse, et un objet qui bouge a une tendance têtue : continuer tout droit, à la même vitesse, tant que rien ne l'en empêche. C'est l'inertie. Le caillou a arrêté la planche ; ton corps, lui, n'a reçu aucun message.
Même scène dans le bus quand le chauffeur pile : tu as l'impression d'être projeté en avant. En réalité, le bus ralentit sous tes pieds pendant que toi, tu continues sur ta lancée. Tout dépend d'où on regarde : depuis le trottoir, c'est évident ; depuis l'intérieur du bus, ça ressemble à une poussée mystérieuse. Les physiciens disent qu'on a changé de référentiel, c'est-à-dire de point de vue pour décrire le mouvement.
Pour voir ça bouger : l'animation du changement de référentiel, le même mouvement vu depuis deux endroits différents.
Pourquoi ton pote costaud démarre en mode diesel
Deuxième loi : ce qui change ta vitesse, ce sont les forces (les poussées et les tractions que tu subis). Plus tu pousses fort, plus ta vitesse grimpe vite ; plus tu es lourd, moins elle grimpe. Le rythme auquel la vitesse change s'appelle l'accélération, et Newton a tout résumé en une ligne d'une simplicité insolente :
ΣF = m × a
À gauche, la somme de toutes les forces qui s'exercent sur toi (Σ, la lettre grecque sigma, veut dire « somme ») ; à droite, ta masse multipliée par ton accélération (en Terminale, on ajoute des flèches, car forces et accélération ont une direction). Un skateur de 50 kg qui reçoit une poussée totale de 100 newtons gagne environ 7 km/h chaque seconde. Avec un sac de cours bien rempli, il passe à 60 kg, et la même poussée ne lui fait plus gagner que 6 km/h par seconde. Le classeur de maths : frein officiel de la glisse.
Voici le piège préféré des élèves : la somme des forces ne pointe pas forcément dans le sens où tu vas, mais dans le sens où ta vitesse change. En roue libre, tu avances… mais les frottements font pencher la balance vers l'arrière, et tu ralentis. Quand tu pousses, la force du sol vers l'avant l'emporte, et tu accélères. Le poids et la réaction du sol, eux, se compensent : ils regardent le match depuis les tribunes. Le bilan des forces est détaillé en physique-chimie de Terminale.
Pour voir ça bouger : l'animation de la deuxième loi de Newton, où tu choisis la force et la masse.
Pour avancer, il faut… pousser la Terre
D'où vient la force qui te propulse ? Pose le pied par terre et pousse vers l'arrière : ta semelle accroche le bitume et pousse la planète vers l'arrière. Et la planète, polie, te rend la pareille : elle pousse ton pied vers l'avant, exactement aussi fort. C'est la troisième loi, dite d'action-réaction : quand A pousse B, B pousse A avec une force de même valeur, en sens opposé. Pas d'exception, jamais.
Et la Terre, elle recule ? Techniquement, oui ! Mais avec ses 6 millions de milliards de milliards de kilos, une poussée de 100 newtons lui donne une accélération d'environ 0,000 000 000 000 000 000 000 02 m/s2. Personne n'a encore porté plainte. En chaussettes sur un parquet ciré, en revanche, ton pied glisse sans pousser le sol… et le sol ne te rend presque rien : surplace garanti.
« Mais si les deux forces sont égales et opposées, elles s'annulent, non ? » Non, et c'est LE piège : l'une s'exerce sur toi, l'autre sur la Terre. Pour savoir comment toi tu bouges, seules comptent les forces qui s'exercent sur toi.
Imagine Léa (40 kg) et Tom (80 kg), immobiles face à face sur leurs planches. Léa pousse Tom. Surprise : elle recule aussi, parce qu'on ne peut pas pousser quelqu'un sans être poussé en retour. Et comme Léa est deux fois plus légère, elle part deux fois plus vite. C'est la loi, au sens propre. Une sorte de collision à l'envers, à comparer avec notre animation des collisions.
Et les fusées, elles poussent sur quoi ?
Dans l'espace, pas de sol à pousser. Une fusée pousse donc… ses propres gaz. Elle les éjecte vers l'arrière à toute vitesse, et les gaz la poussent vers l'avant. Pas besoin d'air ni de trottoir ! Tu peux piloter avec ce principe dans notre jeu d'alunissage, où le moteur est ta seule façon de freiner.
Pour finir, une anecdote : Newton a publié ses trois lois en 1687 dans les Principia, un pavé en latin. La Royal Society, l'académie des sciences anglaise, devait payer l'impression, mais elle venait d'engloutir son budget dans un livre sur l'histoire des poissons, un flop total. C'est donc l'astronome Edmond Halley, celui de la comète, qui a payé de sa poche. Et si les bilans de forces te donnent encore des sueurs froides, quelques cours particuliers peuvent t'aider à prendre les bons réflexes.
Si tu ne retiens qu'une chose
Une force ne sert pas à entretenir un mouvement, elle sert à changer la vitesse. Et pour avancer, il faut pousser quelque chose vers l'arrière : le sol, l'eau ou les gaz d'une fusée.
Pour aller plus loin
- Les lois du mouvement de Newton (Wikipédia)
- Newton's Laws of Motion, NASA Glenn Research Center (en anglais)
- Cours, fiches et exercices corrigés : physique-chimie de Seconde et physique-chimie de Terminale.
Soufiane ISMAILI ALAOUI — ingénieur diplômé de l'INSA Lyon, passé par les classes préparatoires MP, professeur de mathématiques et de physique-chimie. Il donne des cours particuliers à domicile en Île-de-France et en ligne. Découvrir son parcours
