Physique, secondaire 5 à Montréal • Dynamique

Fiche de révision : la dynamique et les lois de Newton (physique, secondaire 5)

En dynamique, la formule tient en trois lettres et pourtant les copies se ressemblent toutes : les points ne se perdent pas dans le calcul, ils se perdent dans l'inventaire des forces. Cette fiche traite exactement cela, à savoir quelles forces existent, laquelle vaut quoi, et quand il faut isoler un corps plutôt que raisonner sur l'ensemble.

Elle s'adresse aux élèves de physique de secondaire 5. Le chapitre est celui qui revient dans toutes les questions d'énergie et de mouvement circulaire ensuite : un diagramme de corps libre mal posé ici se paie trois chapitres plus loin. Une fois la fiche lue, la série d'exercices corrigés du même chapitre met chaque réflexe à l'épreuve.

Mis à jour le 23 octobre 2026

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Le fil du chapitre

Le diagramme de corps libre décide de tout. Une force qui n'y figure pas ne peut pas entrer dans l'équation, et une force qui s'exerce sur un AUTRE corps n'a rien à y faire : c'est là que la troisième loi coûte le plus de points.

Ce chapitre fait partie de Physique de cinquième secondaire

Pour s'entraîner Les exercices corrigés de ce chapitre, 10 exercices

Avant ce chapitre

Cette fiche suppose ces notions acquises. Si une méthode ci-dessous reste opaque, c'est presque toujours l'une d'elles qui manque, pas la fiche.

Cinématique et le MRUA Exercices

Remonter plus loin : la chaîne complète (4 chapitres) ↓

Le chemin de remédiation, du plus ancien au plus proche. Un élève qui reprend ce chapitre de zéro le reprend dans cet ordre.

1 Les paramètres et les propriétés des fonctions Secondaire 4
2 La fonction polynomiale de degré 2 Secondaire 4
3 Les fonctions quadratiques Mathématiques
4 Cinématique et le MRUA

L'essentiel

Les trois lois, dans la forme où elles servent

• Première loi : si $\Sigma F=0$ , la vitesse ne change pas. Immobile OU en ligne droite à vitesse constante, c'est la même situation.
• Deuxième loi : $\Sigma F=ma$ , à écrire AXE PAR AXE. La résultante et l'accélération pointent toujours dans le même sens.
• Troisième loi : si A pousse B, alors B pousse A avec la même grandeur en sens opposé. Les deux forces s'exercent sur des corps DIFFÉRENTS.
• Les forces qui existent vraiment au secondaire : le poids $mg$ , la normale $F_{N}$ , le frottement $f$ , la tension $T$ , une force appliquée. Rien d'autre.
• Une « force du mouvement », une « force centrifuge » ou une « force d'inertie » ne figurent dans aucun diagramme de ce cours.

Trois diagrammes de corps libre, toutes les forces depuis le centre. Posé ou suspendu à l'équilibre : deux forces égales et opposées. Tiré : on ajoute la traction et le frottement, contre le mouvement.

Le diagramme de corps libre se dessine pour UN corps, isolé du reste du monde, et ne porte que les forces qui s'exercent SUR lui. Ce n'est pas un dessin de la scène.

Forces à distance, forces de contact

• À distance : la force gravitationnelle $F_{g}=mg$ , que la Terre exerce sans rien toucher, et les forces électrique et magnétique.
• De contact : la normale $F_{N}$ , le frottement $f$ , la tension $T$ d'un fil, une poussée ou une traction. Il faut un support, un fil ou une main qui TOUCHE l'objet.
• Le bilan se fait dans cet ordre : le poids d'abord, puis chaque contact, un par un, en faisant le tour de l'objet.

Dans la plupart des problèmes, une seule force agit à distance, le poids ; toutes les autres exigent un contact. Une force sans auteur qui touche ou attire n'existe pas.

Sur ce site, chaque force garde sa couleur d'une figure à l'autre : rouge pour le poids, bleu pour la normale, violet pour le frottement, vert pour la tension, orange pour une poussée.

Le frottement change de règle selon qu'on bouge ou non

• Frottement STATIQUE : il s'ajuste pour équilibrer ce qu'on lui oppose. Tant que l'objet ne bouge pas, $f$ vaut la force appliquée, PAS $\mu_{s}F_{N}$ .
• $\mu_{s}F_{N}$ n'est qu'un PLAFOND : la valeur maximale que le frottement statique peut atteindre juste avant le décrochage.
• Frottement CINÉTIQUE : dès que ça glisse, $f=\mu_{c}F_{N}$ , constante, opposée au mouvement.
• Toujours $\mu_{c}<\mu_{s}$ : c'est pourquoi un meuble part d'un coup une fois décollé.
• Angle de décrochage sur un plan incliné : $\tan\theta=\mu_{s}$ , indépendant de la masse.
• Au-delà du programme de secondaire 5 : le calcul avec le coefficient de frottement $\mu$ n'est pas exigé par le programme du Ministère, qui demande les effets du frottement, les facteurs qui l'influencent et sa valeur, égale à la force appliquée moins la force résultante. Certains enseignants le font, plusieurs manuels le traitent, et il est au programme de mécanique du cégep (203-SN1-RE, ancien 203-NYA).

Tant que l'objet ne bouge pas, le frottement VAUT la force appliquée et grandit avec elle ; il n'atteint

\mu_{s}F_{N}

qu'au seuil de

50

N, puis retombe à

35

N dès que ça glisse.

Un énoncé qui dit « l'objet reste immobile » interdit d'écrire $f=\mu_{s}F_{N}$ . Un énoncé qui dit « juste avant de glisser » l'autorise, et un seul.

Les deux configurations qui reviennent à chaque examen

• Plan incliné d'angle $\theta$ : le poids se décompose en $mg\sin\theta$ LE LONG du plan et $mg\cos\theta$ PERPENDICULAIREMENT.
• Sur ce plan, et sans autre force verticale, $F_{N}=mg\cos\theta$ , donc toujours PLUS PETIT que le poids.
• Poulie idéale : le fil est inextensible, donc les deux corps ont la MÊME accélération en grandeur, et la tension est la MÊME de part et d'autre.
• Machine d'Atwood : $a=\frac{(m_{2}-m_{1})g}{m_{1}+m_{2}}$ et $T=\frac{2m_{1}m_{2}g}{m_{1}+m_{2}}$ , toujours comprise ENTRE les deux poids.
• Ascenseur : $F_{N}=m(g\pm a)$ . C'est la lecture de la balance qui change, jamais le poids réel.

Bloc de

10

kg qui glisse sur la pente à

30°

(

\mu=0{,}25

) : la normale vaut

mg\cos 30°=84{,}9

N, pas

98

N, et le frottement remonte la pente, contre la vitesse.

Le raccourci qui marche : sur une pente, le sinus va avec le mouvement, le cosinus avec la normale. Si vous hésitez, testez $\theta=0$ : la normale doit redonner $mg$ .

L'ascenseur : le poids ne bouge pas, la normale si

• La balance affiche la normale $F_{N}$ , le poids apparent, jamais le poids $mg$ .
• Deuxième loi, le haut positif : $F_{N}-mg=ma$ , donc $F_{N}=m(g+a)$ .
• Accélération vers le haut : $F_{N}>mg$ . Vers le bas : $F_{N}<mg$ . Chute libre : $F_{N}=0$ .
• La balance voit le sens de l'ACCÉLÉRATION, pas celui du mouvement : freiner en montant donne la même lecture que démarrer en descendant.

Personne de

60

kg : le poids reste

588

N, la normale passe de

708

N (accélération de

2

m/s² vers le haut) à

468

N (vers le bas).

Dessinez les deux flèches à la même échelle : la plus longue des deux donne d'un coup le sens de l'accélération.

Les pièges qui coûtent des points

Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.

1. Écrire le frottement comme le coefficient statique fois la normale alors que l'objet est immobile

3 points, et une résultante non nulle sur un corps immobile

Ce qu'il ne faut pas écrire

« La caisse de $10$ kg est poussée avec $20$ N et ne bouge pas, avec $\mu_{s}=0{,}5$ : le frottement vaut $f=0{,}5\times 98=49$ N. »

Ce qu'il faut écrire

« La caisse ne bouge pas, donc $\Sigma F=0$ et $f=20$ N, exactement la force appliquée. Les $49$ N sont le PLAFOND que le frottement pourrait atteindre, pas sa valeur ici. »

Pourquoi : Un frottement de $49$ N contre une poussée de $20$ N donnerait une résultante de $29$ N vers l'arrière : la caisse reculerait toute seule. L'absurdité se voit sans calcul.

2. Poser la force normale égale au poids sur un plan incliné

toute la question, 5 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le bloc de $10$ kg est sur une pente à $30°$ , donc $F_{N}=98$ N et $f=\mu\times 98$ . »

Ce qu'il faut écrire

« Perpendiculairement au plan, l'équilibre donne $F_{N}=mg\cos 30°=98\times 0{,}866=84{,}9$ N, donc $f=\mu\times 84{,}9$ . »

Le même bloc de

10

kg pèse toujours

98

N, mais la normale vaut

84{,}9

N sur une pente,

78

N sous une traction oblique et

118

N dans un ascenseur qui accélère vers le haut.

Pourquoi : La normale équilibre la composante du poids PERPENDICULAIRE au plan, pas le poids entier. Elle n'égale $mg$ que sur le plat et sans autre force verticale.

3. Annuler les deux forces d'une paire action-réaction

toute la question de raisonnement, 4 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le cheval tire la charrette et la charrette tire le cheval avec la même force, donc la résultante est nulle et rien ne bouge. »

Ce qu'il faut écrire

« Ces deux forces s'exercent sur des corps DIFFÉRENTS : l'une est dans le diagramme du cheval, l'autre dans celui de la charrette. Elles ne peuvent pas se retrouver dans la même équation, donc elles ne s'annulent jamais. »

Les deux forces d'une paire ont la même grandeur et des sens opposés, mais l'une part du centre de A et l'autre du centre de B : elles n'apparaissent jamais dans la même équation.

Pourquoi : Deux forces ne s'annulent que si elles agissent sur le MÊME corps. C'est le seul critère, et c'est pour cela qu'un diagramme de corps libre isole toujours un objet unique.

4. Inventer une force qui pousse dans le sens du mouvement

2 à 4 points, et une accélération de mauvais signe

Ce qu'il ne faut pas écrire

« La caisse glisse vers la droite, donc il y a une force du mouvement vers la droite, plus le frottement vers la gauche. »

Ce qu'il faut écrire

« Une fois lancée, la caisse ne subit que le poids, la normale et le frottement. Aucune force ne la pousse vers la droite : c'est son inertie qui la fait continuer. »

Pourquoi : C'est exactement ce que dit la première loi : le mouvement n'a pas besoin de cause, seul le CHANGEMENT de mouvement en a une. Une force qui n'a pas d'auteur identifiable n'existe pas.

5. Donner deux tensions différentes de part et d'autre d'une poulie

la question devient insoluble, 6 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« $T_{1}$ pour le bloc du dessus et $T_{2}$ pour le bloc suspendu, avec $T_{2}>T_{1}$ parce qu'il descend. »

Ce qu'il faut écrire

« La poulie est idéale et le fil sans masse, donc la tension est la MÊME partout : une seule inconnue $T$ , et une seule accélération $a$ en grandeur. »

Une poulie idéale, un fil sans masse : la MÊME tension,

23{,}5

N, tire les deux blocs. Elle dépasse le petit poids et reste sous le grand, d'où

a=1{,}96

m/s² pour les deux.

Pourquoi : Deux tensions font trois inconnues pour deux équations. Le fil inextensible impose aussi que les deux corps parcourent la même distance dans le même temps, donc la même accélération.

6. Croire que le poids change dans un ascenseur

2 points, et le vocabulaire perdu pour tout le chapitre

Ce qu'il ne faut pas écrire

« L'ascenseur monte en accélérant, donc la personne devient plus lourde : son poids passe de $588$ N à $708$ N. »

Ce qu'il faut écrire

« Le poids reste $mg=588$ N. C'est la force NORMALE, donc la lecture de la balance, qui passe à $m(g+a)=708$ N : le poids apparent augmente, pas le poids. »

Pourquoi : Le poids ne dépend que de la masse et de $g$ . Une balance ne mesure jamais un poids, elle mesure la force qu'elle doit exercer pour vous soutenir.

7. Additionner des kilogrammes à des newtons

1 point à chaque occurrence, et souvent tout le problème

Ce qu'il ne faut pas écrire

« La masse vaut $5$ kg, donc son poids vaut $5$ N. »

Ce qu'il faut écrire

« La masse vaut $5$ kg et le poids vaut $mg=5\times 9{,}8=49$ N. La masse est en kilogrammes, la force en newtons, jamais l'inverse. »

Pourquoi : La masse mesure la quantité de matière et ne change pas de la Terre à la Lune ; le poids est une force et y devient six fois plus petit. Une équation qui mêle les deux unités est fausse par construction.

8. Intervertir le sinus et le cosinus sur un plan incliné

toute la question, 4 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Sur la pente à $30°$ , la composante qui fait glisser vaut $mg\cos 30°$ . »

Ce qu'il faut écrire

« La composante le long du plan vaut $mg\sin 30°=49$ N, et la perpendiculaire $mg\cos 30°=84{,}9$ N. »

Pourquoi : Le test qui tranche en deux secondes : sur un plan horizontal, $\theta=0$ , rien ne doit faire glisser. Or $\sin 0=0$ et $\cos 0=1$ : c'est bien le sinus qui accompagne le mouvement.

Quelle méthode choisir

Quel frottement écrire

Cherchez dans l'énoncé le mot qui dit si l'objet bouge. C'est lui, et lui seul, qui décide de la formule.

Si l'énoncé dit IMMOBILE et demande la force de frottement → $f$ = la force appliquée dans l'autre sens, par $\Sigma F=0$

Exemple : poussée de $20$ N sans mouvement : $f=20$ N, quel que soit $\mu_{s}$

vérifiez ensuite que ce $f$ reste sous le plafond $\mu_{s}F_{N}$ , sinon l'énoncé se contredit
Si l'énoncé demande la force MINIMALE pour mettre en mouvement → $f_{max}=\mu_{s}F_{N}$ , c'est le seul cas où cette formule s'applique à l'arrêt

Exemple : $\mu_{s}=0{,}5$ et $F_{N}=100$ N : il faut dépasser $50$ N
Si l'objet GLISSE déjà → $f=\mu_{c}F_{N}$ , constante, opposée au mouvement

Exemple : $\mu_{c}=0{,}35$ et $F_{N}=100$ N : $f=35$ N, même si on pousse à $80$ N
Si l'énoncé demande l'angle où l'objet commence à glisser → $\tan\theta=\mu_{s}$

Exemple : $\mu_{s}=0{,}5$ donne $\theta=26{,}6°$

la masse n'intervient pas : elle se simplifie entre $mg\sin\theta$ et $\mu mg\cos\theta$

Dans les quatre branches, calculez $F_{N}$ AVANT le frottement, et ne supposez jamais $F_{N}=mg$ sans avoir écrit l'équilibre vertical.

Un seul corps ou tout le système

Regardez ce que la question demande : une accélération, ou une force interne au système.

Pour l'accélération, on prend l'ensemble :

a=\frac{12}{3}=4

m/s². Pour la force de contact, on isole B :

4

N, seule force horizontale sur lui. A et B écartés pour la lecture.

Si un seul objet est en jeu → un diagramme de corps libre, puis $\Sigma F=ma$ axe par axe

Exemple : bloc tiré sur le plat : $F-\mu F_{N}=ma$
Si deux corps reliés et on demande l'ACCÉLÉRATION → traiter l'ensemble comme un seul corps de masse $m_{1}+m_{2}$ : les forces internes disparaissent

Exemple : $a=\frac{m_{2}g-\mu m_{1}g}{m_{1}+m_{2}}=\frac{29{,}4-9{,}8}{7}=2{,}8$ m/s²

c'est la voie la plus rapide, et elle évite complètement la tension
Si on demande une TENSION ou une force de contact → il FAUT isoler un des deux corps : la force interne n'existe que dans un diagramme individuel

Exemple : $T=m_{2}(g-a)=3(9{,}8-2{,}8)=21$ N

choisissez le corps qui a le moins de forces, la tension y sera plus vite isolée
Si les deux corps sont de part et d'autre d'une poulie → prendre un axe qui SUIT le fil : positif dans le sens du mouvement pour chaque corps

Exemple : Atwood $2$ kg et $3$ kg : $a=\frac{9{,}8}{5}=1{,}96$ m/s² et $T=23{,}5$ N

L'astuce du système global est licite parce que les forces internes forment des paires action-réaction : elles s'annulent deux à deux dès qu'on additionne les deux équations.

La rédaction attendue

Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.

Le diagramme de corps libre et la deuxième loi

Quand l'utiliser : Toute question de dynamique, sans exception, y compris quand l'énoncé semble ne demander qu'un calcul.

1 Nommer le corps isolé : « j'isole le bloc de $4$ kg ».
2 Dessiner les forces qui s'exercent SUR lui, chacune avec son auteur : poids par la Terre, normale par le support, frottement par le support, tension par le fil.
3 Poser les axes, en alignant l'axe positif sur le mouvement ou sur la pente quand il y en a une.
4 Écrire $\Sigma F=ma$ SÉPARÉMENT sur chaque axe, littéralement, avant tout chiffre.
5 Résoudre l'axe perpendiculaire d'abord, il donne $F_{N}$ , donc le frottement de l'autre axe.
6 Conclure par une phrase avec la valeur, l'unité et le sens.

Phrase de conclusion

« La résultante vaut $11{,}2$ N dans le sens du mouvement, donc le bloc accélère à $2{,}8$ m/s² vers la poulie. »

Le piège : L'étape sautée est la deuxième, l'auteur de chaque force. Sans elle, une force du mouvement ou une force centrifuge finit toujours par apparaître sur le dessin.

Barème : 1 point pour le corps isolé et les axes, 2 points pour le diagramme complet et sans force inventée, 2 points pour les deux équations, 1 point pour la phrase.

Un système de deux corps reliés

Quand l'utiliser : L'énoncé montre une poulie, un fil, un attelage, ou deux blocs en contact.

1 Annoncer la contrainte du fil : « le fil est inextensible, donc les deux corps ont la même accélération en grandeur et la tension est la même partout ».
2 Pour l'accélération, traiter l'ensemble comme un seul corps, en ne gardant que les forces EXTÉRIEURES.
3 Pour la tension, isoler ensuite le corps le plus simple et écrire sa propre équation.
4 Vérifier la cohérence en réinjectant $T$ dans l'équation de l'AUTRE corps.
5 Conclure en donnant l'accélération et la tension, avec leurs unités.

Phrase de conclusion

« Les deux blocs accélèrent à $2{,}8$ m/s² et le fil est tendu à $21$ N. »

Le piège : Utiliser la masse totale dans l'équation d'un corps isolé. Une fois qu'on isole, seule la masse de ce corps figure au second membre.

Barème : 1 point pour la contrainte du fil énoncée, 2 points pour l'équation du système, 2 points pour l'isolation et la tension, 1 point pour la vérification croisée.

Vérifier avant de rendre

Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.

La tension est-elle prise en sandwich

Dans un système à deux masses reliées par une poulie, la tension doit être comprise strictement entre les deux poids. Elle ne peut égaler ni l'un ni l'autre tant que le système accélère.

Avec $2$ kg et $3$ kg, la tension doit tomber entre $19{,}6$ N et $29{,}4$ N. Une valeur de $32$ N signale un signe inversé dans l'une des deux équations.
La normale peut-elle être négative

Une force normale négative n'existe pas : un support pousse, il ne tire jamais. Si votre calcul la rend négative, c'est que l'objet a déjà décollé du support.

$F_{N}=mg-F\sin\theta$ qui donnerait $-12$ N signale une traction assez forte pour soulever l'objet : le problème change alors de nature.
Le frottement dépasse-t-il son plafond

Comparez le frottement statique trouvé à $\mu_{s}F_{N}$ . S'il le dépasse, l'hypothèse « l'objet reste immobile » était fausse et il faut repasser en cinétique.

Un $f=60$ N calculé avec un plafond de $50$ N veut dire que l'objet glisse : reprenez avec $f=\mu_{c}F_{N}$ .
Le frottement s'oppose-t-il bien au mouvement

Regardez le dessin : la flèche du frottement doit pointer à l'opposé du déplacement, ou du déplacement qui se produirait sans lui.

Un bloc qu'on hisse sur une pente subit un frottement vers le BAS de la pente ; le même bloc qui redescend le subit vers le HAUT. Deux réponses différentes pour la même scène.
L'accélération reste-t-elle physique

Aucun système de ce chapitre ne peut dépasser $9{,}8$ m/s² quand la seule force motrice est le poids d'une de ses parties.

Une machine d'Atwood qui donnerait $14$ m/s² est fausse : le cas extrême, avec une masse nulle d'un côté, plafonne à $g$ .

L'exercice type décortiqué

Deux masses, une poulie et du frottement

Un bloc de $4$ kg repose sur une table horizontale et est relié par un fil, passant sur une poulie idéale au bord de la table, à un bloc de $3$ kg suspendu dans le vide.

Le coefficient de frottement cinétique entre le bloc et la table vaut $0{,}25$ ; ce calcul avec le coefficient est un approfondissement, hors programme de secondaire 5 (voir l'encadré « Le frottement change de règle selon qu'on bouge ou non »).

Calculez l'accélération du système et la tension du fil. On prend $g=9{,}8$ m/s².

Un seul fil, donc une seule tension : elle tire le bloc de la table vers la poulie et retient le bloc suspendu. Le fil inextensible impose la même accélération aux deux.

Étape 1

Le fil est inextensible et la poulie idéale : les deux blocs ont la même accélération $a$ en grandeur, et la tension $T$ est la même de part et d'autre.

Pourquoi

Cette phrase se dit AVANT tout calcul et vaut un point sur presque tous les barèmes. Sans elle, on se retrouve avec quatre inconnues pour deux équations.

Étape 2

Bloc de $4$ kg, axe vertical : $F_{N}-4(9{,}8)=0$ , donc $F_{N}=39{,}2$ N. Frottement : $f=0{,}25\times 39{,}2=9{,}8$ N.

Pourquoi

On résout toujours l'axe perpendiculaire d'abord, parce que c'est lui qui livre $F_{N}$ , donc le frottement de l'autre axe. Ici la table est horizontale, donc $F_{N}=mg$ , mais il faut l'avoir ÉCRIT.

Étape 3

Système global, dans le sens du mouvement : $m_{2}g-f=(m_{1}+m_{2})a$ , soit $29{,}4-9{,}8=7a$ .

Pourquoi

En traitant les deux blocs comme un seul corps, la tension disparaît : c'est une force intérieure au système, et les deux moitiés de sa paire action-réaction s'annulent.

Étape 4

$a=\frac{19{,}6}{7}=2{,}8$ m/s².

Pourquoi

Le résultat est bien inférieur à $9{,}8$ m/s², ce qui est obligatoire : le bloc suspendu doit traîner les $4$ kg de la table en plus de lui-même.

Étape 5

Bloc suspendu isolé : $m_{2}g-T=m_{2}a$ , donc $T=3(9{,}8-2{,}8)=21$ N.

Pourquoi

La tension n'existe que dans un diagramme individuel. On isole le bloc suspendu parce qu'il ne subit que deux forces, donc une seule équation à une inconnue.

Étape 6

Vérification croisée sur le bloc de la table : $T-f=21-9{,}8=11{,}2$ N et $m_{1}a=4\times 2{,}8=11{,}2$ N. Les deux coïncident.

Pourquoi

C'est le contrôle qui prouve que les signes sont bons. Il utilise la SECONDE équation, celle qu'on n'a pas servie pour trouver $T$ , donc il est indépendant.

Étape 7

Contrôle de cohérence : $T=21$ N est bien compris entre $0$ et le poids du bloc suspendu, $29{,}4$ N.

Pourquoi

Une tension égale au poids voudrait dire que le bloc suspendu est en équilibre, donc qu'il ne descend pas. Elle doit être strictement plus petite dès qu'il accélère vers le bas.

Conclusion rédigée

« Le système accélère à $2{,}8$ m/s², le bloc de $4$ kg vers la poulie et le bloc de $3$ kg vers le bas, et le fil est tendu à $21$ N. »

L'erreur classique sur cet exercice : L'erreur classique sur ce problème est d'écrire $T=m_{2}g=29{,}4$ N, comme si le bloc suspendu était en équilibre. Il ne l'est pas : il accélère vers le bas, donc la tension est forcément inférieure à son poids.

À savoir par cœur

• Un diagramme de corps libre isole UN corps et ne porte que les forces qui s'exercent SUR lui, chacune avec un auteur identifiable.
• Objet immobile : $f$ vaut la force appliquée. $\mu_{s}F_{N}$ n'est qu'un PLAFOND. Objet qui glisse : $f=\mu_{c}F_{N}$ .
• $F_{N}$ n'égale $mg$ que sur le plat et sans autre force verticale. Sur une pente, $F_{N}=mg\cos\theta$ .
• Sur une pente, le SINUS accompagne le mouvement et le COSINUS la normale. Test : à $\theta=0$ , rien ne doit glisser.
• Les deux forces d'une paire action-réaction s'exercent sur des corps DIFFÉRENTS : elles ne s'annulent jamais dans la même équation.
• Poulie idéale et fil inextensible : une seule tension, une seule accélération en grandeur.
• Pour l'accélération, prendre le système global. Pour une tension, il FAUT isoler un corps.
• Le poids ne change pas dans un ascenseur : c'est la normale, donc la lecture de la balance, qui vaut $m(g\pm a)$ .
• Angle de décrochage sur un plan incliné : $\tan\theta=\mu_{s}$ , sans la masse.

Questions fréquentes

Quand utiliser le coefficient de frottement statique et quand le cinétique ?

Le coefficient statique sert uniquement à calculer le seuil, soit la force minimale à dépasser pour mettre l'objet en mouvement. Tant que l'objet reste immobile sous une force plus faible, le frottement vaut simplement cette force. Le coefficient cinétique sert dès que l'objet glisse, et le frottement vaut alors le coefficient multiplié par la force normale. Au-delà du programme de secondaire 5 : le calcul avec les coefficients de frottement n'est pas exigé par le programme du Ministère, qui demande les effets du frottement, les facteurs qui l'influencent et sa valeur, la force appliquée moins la force résultante ; il est au programme de mécanique du cégep (203-SN1-RE, ancien 203-NYA).

Pourquoi la force normale n'est-elle pas toujours égale au poids ?

Parce que la force normale vaut ce qu'il faut pour équilibrer la verticale, et cela dépend de la situation. Sur une pente, elle n'équilibre que la composante perpendiculaire du poids, donc elle est plus petite. Une traction oblique vers le haut la diminue encore, une poussée vers le bas l'augmente, et dans un ascenseur qui accélère elle change aussi.

Pourquoi les forces d'une paire action-réaction ne s'annulent-elles pas ?

Parce qu'elles ne s'exercent pas sur le même objet. Deux forces ne peuvent s'annuler que si elles agissent toutes les deux sur le même corps, puisque c'est la somme des forces sur CE corps qui donne son accélération. Une force sur A et sa réaction sur B appartiennent à deux diagrammes différents et ne se rencontrent jamais dans une même équation.

Comment trouver la tension dans un système avec une poulie ?

Cherchez d'abord l'accélération en traitant les deux masses comme un seul corps, ce qui fait disparaître la tension. Isolez ensuite l'un des deux corps, de préférence celui qui subit le moins de forces, et écrivez sa propre équation avec sa seule masse. La tension s'en déduit directement, et elle tombe toujours entre les deux poids.

Est-ce qu'on devient plus lourd dans un ascenseur qui monte ?

Non, le poids ne change pas : il ne dépend que de la masse et de la gravité. Ce qui change, c'est la force que le plancher doit exercer pour vous soutenir et vous accélérer en même temps, donc la lecture de la balance. On parle de poids apparent. Dans un ascenseur qui descend en accélérant, cette lecture diminue, sans que le poids réel bouge.

Quelles forces a-t-on le droit de mettre dans un diagramme de corps libre ?

Uniquement celles qui ont un auteur identifiable : le poids exercé par la Terre, la normale exercée par le support, le frottement exercé par le support, la tension exercée par un fil, et une force appliquée par une main ou un moteur. Une force du mouvement, une force centrifuge ou une force d'inertie n'ont aucun auteur et n'existent pas à ce niveau.

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Exercices corrigés : Dynamique et les lois de Newton

Une méthode se prouve sur une copie, pas sur une fiche. La série du même chapitre reprend chacun de ces pièges dans un exercice, avec le corrigé rédigé étape par étape.

10 exercices corrigés
100 points
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Forces à angle et équilibre Transformation de l'énergie Dynamique : lois de Newton et frottement Mécanique 203-SN1-RE (ancien 203-NYA)

© Ahmed Squalli Houssaini. Fiche publiée sur www.letuteurscientifique.ca/fiches/phys5-dynamique-newton. Libre pour l'usage personnel et en classe ; sa republication ailleurs demande une autorisation écrite (mentions légales).

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