Bonjour. Bienvenue au cours de physique générale de l'EPFL. Dans cette leçon, je vais introduire la troisième loi de Newton, et je vais distinguer les forces intérieures des forces extérieures, ce qui me permettra d'aboutir à un principe fondamental en physique, le principe de la conservation de la quantité de mouvement. Je terminerai par une discussion sur la composition des forces. Cette loi de composition des forces nous permettra, dans le deuxième module, d'analyser la balistique en présence de deux forces, la force de la pesanteur et une force de frottement. Newton disait, À toute action, il y a toujours une réaction égale qui lui est opposée ; autrement dit, les actions mutuelles de deux corps l'un sur l'autre sont toujours égales et opposées. Ce à quoi Newton pensait quand il disait cela, c'était des situations telles qu'un doigt qu'on presse sur une table. En même temps que nous exerçons avec notre doigt une force sur la table, la table exerce une force égale et opposée sur nous. Il pensait aussi à un cheval qui tirait une charge. Le cheval exerce une force sur la charge, et la charge exerce une force sur le cheval. Pour rendre la notion claire, je propose le montage suivant. Vous avez un dispositif formé de deux sous-systèmes, deux poulies, deux masses dans le champ de la pesanteur accrochées ensemble. On parle d'interaction mutuelle entre les deux sous-systèmes en imaginant ce qui se passerait, en imaginant ce qu'on aurait comme force si on enlevait ce lien et on remplace pour chaque demi sous-système l'effet de l'autre sous-système par la force qu'il exerce. Donc pour le système 1, le système 2 exerce une force sur le système 1. J'utilise cette notation un peu lourde mais extrêmement explicite, la force que 2 exerce sur 1 ; et évidemment, réciproquement, j'ai la force que 1 exerce sur 2. Ce sont là les forces que je considère comme des forces d'interaction. Je fais maintenant la distinction entre les forces intérieures et les forces extérieures. En physique, et en mécanique en particulier, il est parfaitement évident ce qu'on va définir comme étant notre système et ce qui est extérieur au système. Ça, c'est une première chose. Deuxièmement, on va considérer les forces à l'intérieur du système. Lorsque le système est libéré de toute force extérieure, il reste des forces d'interaction, comme on a identifié sur le petit système tout à l'heure. Ces forces-là on va appeler des forces intérieures. Les forces d'interaction entre les atomes d'un solide, qui forment un solide rigide indéformable, ces forces qui sont responsables de la rigidité du solide, voilà ce qu'on va appeler des forces intérieures. Bien évidemment, la force de la pesanteur est une force extérieure. Maintenant, on a un résultat très important qui se généralise et qu'on peut déjà établir pour les exemples simples qu nous avons considérés jusqu'à maintenant. Si on a un système isolé, ça veut dire libre de forces extérieures, il n'y a que les forces intérieures, alors la troisième loi de Newton nous dit que la somme des forces est nulle ; et la deuxième loi de Newton nous dit que la quantité de mouvement totale du système dérivée par rapport au temps doit être nulle dans ce cas. Donc on a que la quantité de mouvement est une constante. On dit souvent que la quantité de mouvement est conservée. Je passe maintenant à la question de la composition des forces. J'imagine le dispositif suivant. Dans mon référentiel, sur une table, j'ai un cadre rigide, un point suspendu en P à deux tiges A et B. Chaque tige est montée avec un dynamomètre. Chaque dynamomètre mesure la force que la tige exerce, et bien sûr, la tige nous donne la direction de la force. Donc sur le système composé de cette tige et de ce poids, on a deux forces qui s'exercent, celle de la tige B et celle de la tige A. Et la question qu'on se pose c'est comment on fait la composition des forces, comment on calcule la force équivalente à ces deux forces. On examine maintenant la force qu'une seule tige exerce en P, et on va dire que l'action composée de ces deux forces est égale à l'action de cette force-là quand on a les mêmes effets, c'est-à -dire que le point P ne bouge pas. Chez nous, dans notre auditoire, on a un tel montage avec un cadre blanc qui permet de reporter la direction de la force. On note sur le dynamomètre l'intensité de la force, et on pourrait faire une telle construction, comparer ces deux forces que j'ai notées ici, voilà la force de la tige B, la force de la tige A, et la force que la tige C avait. Et ce qu'on observe, bien sûr, vous le savez sûrement déjà , c'est que la force équivalente c vaut la somme des forces a et b, la somme des vecteurs qui représentent les forces a et b. Donc pour calculer la force équivalente à une composition de forces, on calcule la somme vectorielle des vecteurs qui représentent chacune des forces.
