Lois de Newton et référentiels galiléens
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Le frottement visqueux. Lorsqu’un solide se déplace dans un fluide (gaz comme l’air ou
liquide comme l’eau), il subit, de la part du fluide, des forces de frottement. La résultante
de ces actions est un vecteur force proportionnel au vecteur vitesse de déplacement de
l’objet.
Avec k constante positive, on a :
− →
F = −k − → v
Cette force n’existe que s’il y a mouvement.
Encart 3.3. Frottement fluide pour des vitesses importantes
Dans le cas où la vitesse de l’objet devient très importante, la force de frottement
visqueux n’est plus proportionnelle à la vitesse mais au carré de la vitesse, à la surface
S de l’objet dans la direction perpendiculaire à la direction du déplacement et à la
masse volumique r du fluide. Le coefficient de proportionnalité dépend du profil de
la surface en contact avec le fluide et est appelé coefficient de pénétration C x . La force
de frottement s’écrit alors :
− →
F = −
1
2
C x Srv − → v
Le frottement solide Le frottement solide se produit quand deux solides sont en contact.
Il fut étudié par Léonard de Vinci
4 qui, au travers d’expériences simples, en découvrit les
lois. Amontons (1699) et Coulomb
5 les énoncèrent de façon plus précise. Le frottement
solide apparaît dès que l’on cherche à faire glisser un corps posé sur un support. Ce corps,
soumis à des forces extérieures qui auraient pour effet de le déplacer, peut rester immobile
si les frottements le permettent. La réaction du sol et donc la force de frottement s’adapte
pour maintenir l’équilibre. Dans le cas contraire, ce corps se déplacera tout en subissant
une force de frottement
− →
F constante opposée au sens du mouvement. La réaction du
support sur le corps peut dans les deux cas se décomposer en une réaction
− →
R n , normale
au support et qui empêche le corps de s’enfoncer, et une force
− →
F , parallèle au support et
qui tend à s’opposer au mouvement du corps.
n
R
→
P
→
G
R
→
F
→
e
F
→
F
Figure 3.12 • Solide en mouvement sur un
support sous l’action d’une force extérieure.
Lorsque le solide se déplace sous
l’action d’une force extérieure
− →
F e (figure 3.12), l’intensité
− →
F de la force
de frottement est proportionnelle à
celle de la réaction
− →
R n normale au
support. Le coefficient de proportionnalité s’appelle le coefficient de
friction m ou coefficient de frottement. Ce coefficient dépend de la
nature des surfaces en contact.
F = mR n
4. Léonard de Vinci (1452-1519).
5. Charles de Coulomb (1736-1806).
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Le frottement visqueux. Lorsqu’un solide se déplace dans un fluide (gaz comme l’air ou
liquide comme l’eau), il subit, de la part du fluide, des forces de frottement. La résultante
de ces actions est un vecteur force proportionnel au vecteur vitesse de déplacement de
l’objet.
Avec k constante positive, on a :
− →
F = −k − → v
Cette force n’existe que s’il y a mouvement.
Encart 3.3. Frottement fluide pour des vitesses importantes
Dans le cas où la vitesse de l’objet devient très importante, la force de frottement
visqueux n’est plus proportionnelle à la vitesse mais au carré de la vitesse, à la surface
S de l’objet dans la direction perpendiculaire à la direction du déplacement et à la
masse volumique r du fluide. Le coefficient de proportionnalité dépend du profil de
la surface en contact avec le fluide et est appelé coefficient de pénétration C x . La force
de frottement s’écrit alors :
− →
F = −
1
2
C x Srv − → v
Le frottement solide Le frottement solide se produit quand deux solides sont en contact.
Il fut étudié par Léonard de Vinci
4 qui, au travers d’expériences simples, en découvrit les
lois. Amontons (1699) et Coulomb
5 les énoncèrent de façon plus précise. Le frottement
solide apparaît dès que l’on cherche à faire glisser un corps posé sur un support. Ce corps,
soumis à des forces extérieures qui auraient pour effet de le déplacer, peut rester immobile
si les frottements le permettent. La réaction du sol et donc la force de frottement s’adapte
pour maintenir l’équilibre. Dans le cas contraire, ce corps se déplacera tout en subissant
une force de frottement
− →
F constante opposée au sens du mouvement. La réaction du
support sur le corps peut dans les deux cas se décomposer en une réaction
− →
R n , normale
au support et qui empêche le corps de s’enfoncer, et une force
− →
F , parallèle au support et
qui tend à s’opposer au mouvement du corps.
n
R
→
P
→
G
R
→
F
→
e
F
→
F
Figure 3.12 • Solide en mouvement sur un
support sous l’action d’une force extérieure.
Lorsque le solide se déplace sous
l’action d’une force extérieure
− →
F e (figure 3.12), l’intensité
− →
F de la force
de frottement est proportionnelle à
celle de la réaction
− →
R n normale au
support. Le coefficient de proportionnalité s’appelle le coefficient de
friction m ou coefficient de frottement. Ce coefficient dépend de la
nature des surfaces en contact.
F = mR n
4. Léonard de Vinci (1452-1519).
5. Charles de Coulomb (1736-1806).