La dynamique est une branche de la mécanique qui étudie les causes des changements de mouvement mécanique. Cette science étudie la relation entre les forces qui agissent sur les objets et les effets qu'elles vont produire sur le mouvement qui résulte de leur action.
Le terme dynamique vient du grec et signifie force ou pouvoir.
En mécanique classique, ces causes sont des forces. Des concepts tels que la masse, la quantité de mouvement, le moment cinétique, l'énergie sont également impliqués dans la dynamique.
La dynamique basée sur les lois de Newton est appelée dynamique classique. La dynamique classique décrit le mouvement des corps avec des vitesses allant de fractions de millimètres par seconde à des kilomètres par seconde.
Cependant, ces méthodes ne sont plus valables pour le mouvement d'objets de très petites tailles (mécanique quantique) et pour les mouvements avec des vitesses proches de la vitesse de la lumière (mécanique relativiste). Ces mouvements sont soumis à d'autres lois.
Cette branche de la physique étudie également le mouvement d'un milieu continu, c'est-à-dire des corps déformables, des liquides et des gaz.
Lois de Newton
La dynamique classique est basée sur les trois lois fondamentales d'Isaac Newton qui expliquent les effets qui vont se produire sur un corps et les effets des forces qui lui sont appliquées :
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Première loi de Newton : Un corps reste au repos ou en mouvement uniforme si aucun autre corps n'agit sur lui ou si son action est compensée.
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Deuxième loi de Newton : Dans les systèmes de référence inertiels physiques, l'accélération acquise par un point matériel est directement proportionnelle à la force qui la provoque, coïncide avec elle en direction et est inversement proportionnelle à la masse du point matériel.
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Troisième loi de Newton : Les forces avec lesquelles les corps agissent les uns sur les autres sont dans la même ligne droite, ont des directions opposées et des modules égaux.
Domaines d'étude de la dynamique en physique
La dynamique est un domaine de la physique divisé en différentes disciplines. Vous trouverez ci-dessous les plus importants :
Dynamique d'un point
La dynamique d'un point concerne l'étude de l'interaction de points matériels, qui sont des corps dont les dimensions peuvent être négligées par rapport aux dimensions caractéristiques du phénomène étudié. Il se concentre sur l'analyse de la façon dont les forces agissent sur ces points matériels et comment ces forces affectent leur mouvement.
Dynamique du corps rigide
La dynamique des corps rigides est dédiée à l'étude de l'interaction de corps absolument rigides.
On considère que ces corps ne subissent pas de déformations, ce qui permet d'analyser de manière simplifiée leur mouvement et les forces qui agissent sur eux.
Dynamique des corps déformables
La dynamique des corps déformables recouvre l'étude des corps pouvant subir des déformations sous l'action de forces extérieures.
Ce domaine analyse comment les forces appliquées affectent la forme et le comportement mécanique des corps déformables, en tenant compte d'aspects tels que l'élasticité, la plasticité et la résistance des matériaux.
Dynamique des fluides
La dynamique des fluides est dédiée à l'étude du mouvement des fluides (liquides et gaz) et de leurs interactions entre eux et avec les corps solides. Des phénomènes tels que l'écoulement laminaire et turbulent, la conservation de la masse et de l'énergie dans un écoulement, la viscosité et la pression sont étudiés.
Ce domaine de la physique est également connu sous le nom de mécanique des fluides.
Des exemples de dynamique
Voici quelques exemples de situations de la vie courante dans lesquelles les notions de dynamique sont impliquées :
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Une voiture qui accélère : Lorsque vous appuyez sur la pédale d'accélérateur dans une voiture, une force vers l'avant est appliquée qui propulse le véhicule. La force nette déterminera l'accélération de la voiture, selon la deuxième loi de Newton.
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Un objet en chute libre : Lorsque vous faites tomber un objet d'une hauteur, il subit une accélération due à la force gravitationnelle. La force gravitationnelle agit comme la force nette qui accélère l'objet vers le bas.
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Chocs de billard : Lorsque vous frappez une boule de billard avec la queue, une force est appliquée qui lui transfère de l'élan. Lors de la collision, le transfert de moment linéaire et l'interaction des forces entre les boules impliquées suivent les principes de la troisième loi de Newton.
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Pousser un objet sur une surface rugueuse : Lorsque vous appliquez une force pour pousser un objet sur une surface rugueuse, la force de frottement agit dans le sens inverse du mouvement et dépend des caractéristiques de la surface et de la force normale.
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L'entraînement d'une turbine à vapeur dans une centrale nucléaire : Dans le processus de production d'énergie nucléaire, la dynamique des fluides joue un rôle fondamental dans le processus de conversion de l'énergie thermique en énergie mécanique.
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Une montgolfière utilise les principes de la dynamique des fluides mais peut aussi être calculée comme un solide rigide soumis à la force de gravité.