La deuxième loi de Newton, également connue sous le nom de loi de l'accélération, stipule que l'accélération d'un objet dépend de la force nette qui lui est appliquée et de sa masse. En termes simples, si vous appliquez plus de force à un objet, il accélérera davantage, et si l'objet a plus de masse, il accélérera moins pour la même force.
Pour mieux comprendre cette loi, regardons dix exemples pratiques :
1. Pousser un chariot de supermarché
Lorsque vous poussez un chariot d’épicerie vide, il est facile de le déplacer car il a peu de masse.
Si vous appliquez une force sur une voiture vide, elle accélérera rapidement. Si le chariot est plein d’achats et pèse plus, avec la même force appliquée, l’accélération sera bien moindre.
Cela montre comment la masse affecte l’accélération : plus la masse est grande, moins il y a d’accélération pour la même force.
2. Lancez une balle de baseball
Supposons que vous lanciez une balle de baseball très fort. La balle a peu de masse, elle accélérera donc beaucoup plus vite qu'un objet plus lourd.
Cet exemple montre comment une force considérable peut produire une forte accélération dans un objet de petite masse.
3. Arrêtez une voiture
Lorsqu’une voiture freine, une force est appliquée vers l’arrière pour réduire sa vitesse. Si une voiture lourde est freinée avec une force importante, sa décélération sera proportionnelle à la force appliquée et à la masse de la voiture.
Dans ce cas, l'énergie cinétique du véhicule est convertie en énergie thermique qui est dissipée dans l'environnement grâce à la force de friction des freins.
4. Faites glisser une boîte sur le sol
Imaginez que vous faites glisser une boîte sur le sol en appliquant une force. Si la boîte a peu de masse, elle se déplacera plus rapidement. Si la caisse est plus lourde et que vous appliquez la même force, l’accélération sera moindre.
Dans cet exemple, la force résultante appliquée dans la formule de la deuxième loi de Newton est la force que nous appliquons moins la force de frottement du sol, qui est toujours opposée à la direction du mouvement.
5. Courir avec un sac à dos
Si vous courez avec un sac à dos léger sur le dos et appliquez une force vers l’avant, l’accélération sera élevée. Si vous portez un sac à dos plus lourd, la même force appliquée entraînera une accélération plus faible.
Si vous escaladez également une montagne, vous devez vaincre la force de gravité proportionnellement à la masse du sac à dos.
6. Gravir une montagne à vélo
Lorsque vous gravissez une montagne à vélo, vous devez appliquer suffisamment de force pour surmonter la gravité et la résistance du terrain, tout comme avec le sac à dos dans l'exemple précédent.
Si vous et votre vélo avez peu de masse, l’accélération vers le haut sera plus importante. Si vous transportez plus de charge et que la masse totale est plus grande, la même force entraînera une accélération plus faible.
Par contre, vous devrez également exercer une force horizontale supérieure à la force de frottement avec le sol et les roulements pour obtenir une accélération linéaire.
7. Décoller en avion
Lors du décollage, un avion doit générer suffisamment de force pour vaincre la gravité et atteindre la vitesse de vol. Si l’avion a une masse importante, il a besoin d’une force considérable pour accélérer.
La relation entre la force appliquée et la masse de l'avion détermine son accélération au décollage. Pour cette raison, la charge de l'avion doit être considérée de manière à ce qu'elle ne soit pas excessive par rapport à la puissance du moteur.
8. Lancez une fusée dans l'espace
Le lancement d'une fusée est un excellent exemple de la deuxième loi de Newton. Une fusée, une fois lancée, nécessite une grande force pour vaincre la gravité et la résistance de l’air. Si la fusée a une masse importante, elle aura besoin d’une force importante pour atteindre une accélération élevée.
Au fur et à mesure que la fusée brûle du carburant et perd de la masse, l'accélération augmente si la force reste constante. De plus, à mesure qu’elle s’éloigne du centre de la Terre, la force gravitationnelle diminue avec la distance, contribuant ainsi à augmenter l’accélération de la fusée.
9. Poussez une chaise
Si vous poussez une chaise légère, elle se déplacera facilement avec peu de force. Si la chaise est plus lourde ou si quelqu’un est assis dessus, la même force produira moins d’accélération.
Cet exemple est facilement reproductible pour montrer comment la masse de l'objet affecte l'accélération lorsqu'une force est appliquée.
10. Chute libre avec résistance à l'air
Lors de la chute libre d'un objet, la force nette comprend la gravité et la résistance de l'air.
Si une balle tombe avec une force de gravité et que la résistance de l'air est importante, l'accélération de la chute sera moindre que s'il n'y avait pas de résistance de l'air selon les lois qui régissent la mécanique des fluides.
