La troisième loi de Newton, ou principe des actions réciproques, stipule que lorsqu’un corps A exerce une force sur un corps B, alors B exerce sur A une force égale en intensité, de même direction, mais de sens opposé. Cette loi fondamentale est au programme de 3e et Terminale.
Observer expérimentalement la troisième loi de Newton
Avec l’application FizziQ, il est possible de mettre en évidence le principe d’action-réaction.
Étapes :
- Fixer un smartphone de masse connue m_A sur un objet A et un second smartphone de masse connue m_B sur un objet B, chacun exécutant FizziQ avec l’accéléromètre activé
- Faire interagir les deux objets (choc, poussée mutuelle) et enregistrer simultanément l’accélération de chacun
- En déduire l’intensité de la force subie par chaque objet grâce à la deuxième loi de Newton : F = m × a, soit F_A = m_A × a_A et F_B = m_B × a_B
- Vérifier qu’à chaque instant |F_A→B| = |F_B→A|, c’est-à-dire m_A × a_A = m_B × a_B
- Étudier la propulsion par recul : pousser un chariot portant le smartphone et mesurer son accélération pour remonter à la force
Activités scientifiques sur ce thème
Prolongements possibles avec FizziQ : étude des collisions et force de réaction lors d’un saut.
En savoir plus
Énoncé précis :
Si un objet A exerce sur un objet B une force F⃗_A→B, alors B exerce sur A une force F⃗_B→A telle que : F⃗_B→A = -F⃗_A→B
Ces deux forces ont même intensité, même direction, mais des sens opposés. Elles s’exercent sur deux corps différents.
Attention aux erreurs courantes :
- Action et réaction ne s’annulent PAS car elles s’appliquent à des objets différents
- Ce n’est PAS une question d’équilibre (qui concerne les forces sur un même objet)
- Les deux forces apparaissent et disparaissent simultanément
Applications :
- Marche : le pied pousse le sol vers l’arrière, le sol pousse le pied vers l’avant
- Nage : les bras poussent l’eau vers l’arrière, l’eau pousse le nageur vers l’avant
- Fusée : les gaz sont éjectés vers l’arrière, la fusée est propulsée vers l’avant
- Aimants : si A attire B, alors B attire A avec la même force
Formule
F⃗_A→B = -F⃗_B→A
En intensité : |F_A→B| = |F_B→A|
Pour la propulsion, la quantité de mouvement se conserve : m₁ × Δv₁ = -m₂ × Δv₂
où :
- F⃗_A→B : force exercée par A sur B
- F⃗_B→A : force exercée par B sur A (réaction)
Exemples d’application
- La Terre attire la Lune avec la même force que la Lune attire la Terre (≈ 2×10²⁰ N)
- Quand vous poussez un mur, le mur vous pousse avec la même force
- Un canon recule quand il tire un boulet (même impulsion)
- Un hélicoptère pousse l’air vers le bas, l’air le pousse vers le haut
FAQ
Q : Pourquoi ne s’annulent-elles pas si elles sont égales et opposées ? R : Parce qu’elles s’appliquent sur des objets différents. Pour faire un bilan de forces, on ne considère que les forces appliquées à un seul objet.
Q : Comment vérifier cette loi avec FizziQ ? R : En mesurant l’accélération de deux objets en interaction et en vérifiant que m₁a₁ = m₂a₂ (les forces sont égales en valeur absolue).
Q : La troisième loi s’applique-t-elle aux forces à distance ? R : Oui, elle s’applique aussi à la gravitation et aux forces électromagnétiques, pas seulement aux contacts.
Q : Pourquoi le camion fait-il plus de dégâts que la voiture dans un accident ? R : Les forces sont bien égales, mais les accélérations sont inversement proportionnelles aux masses. La voiture subit une accélération (décélération) plus grande.
Concepts liés
Lois de Newton - Force - Quantité de mouvement - Propulsion - Action-réaction - Équilibre