Action-réaction et friction

[inviteed63af38]

Bonjour, je me posais la question suivante:

On connaît bien le principe d'action-réaction de Newton, qui permet aux bateaux ou à un petit avion qui poussent sur l'air d'avancer. Mais, pourquoi ce principe ne s'applique que dans un sens, c'est-à-dire pourquoi lorsqu'un objet avance et pousse contre l'air, il ne fait que vaincre une force de friction, et l'air ne repousse-t-elle pas contre lui vers l'arrière, comme elle l'a fait vers l'avant lorsqu'il s'est propulsé?

Et ma question s'applique pour n'importe quel objet voyageant dans l'air et qui pousse sur l'air en avançant. J'aurais tendance à dire que l'air ou l'eau ont leur capacité limite de réaction... mais c'est le fameux principe d'action qui m'embête... car ces substances ont exercé suffisamment de force pour les propulser...

Merci de votre réponse!
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[LPFR]

Bonjour et bienvenu au forum.
La propulsion par réaction, en poussant de l'air, de l'eau ou de produits de combustion vers l'arrière est indépendante du milieu. Elle est basée sur le fait qu'en "poussant" quelque chose vers l'arrière il faaut exercer une force vers l'arrière et la réaction de cette chose est une force vers l'avant.

Le bateau qui avance pousse aussi de l'eau vers l'avant (plutôt vers les côtés) et la réaction de cette force est bien une force vers l'arrière qui freine le bateau. Mais cette force en plus faible que celle de l'hélice, car la vitesse maximale vers l'avant donnée à l'eau est celle du bateau. Alors que celle de l'eau poussée vers l'arrière est bien plus grande que celle du bateau.

Mais il est vrai que, à mesure que la vitesse augmente, la force de freinage augmente aussi. La vitesse d'équilibre est atteinte quand la poussée vers l'avant est égale à la force de freinage.
Au revoir.

[inviteed63af38]

Bonjour LPFR,

Si cette force de réaction de l'eau vers l'arrière (causée par la pousée d'eau du bateau vers l'avant) freine le bateau, pourquoi n'en tenons pas compte dans nos calculs de forces résultantes? À l'école, nous soustrayions les forces de friction de l'eau et de l'air du montant de la poussée générée par l'hélice.

[LPFR]

Bonjour LPFR,

Si cette force de réaction de l'eau vers l'arrière (causée par la pousée d'eau du bateau vers l'avant) freine le bateau, pourquoi n'en tenons pas compte dans nos calculs de forces résultantes? À l'école, nous soustrayions les forces de friction de l'eau et de l'air du montant de la poussée générée par l'hélice.

Bonjour.
Simplement parce que toutes les forces (réaction, friction, etc.) ont été mises sous le même chapeau de "forces de friction".
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteed63af38]

Alors pourquoi ai-je appris que la force de friction qu'un milieu offre à un engin est la même, peu importe la vitesse? Et qu'il suffit de déployer une force égale à la force de friction pour maintenir sa vitesse constante?
Ce que j'en pense, et vous pourrez me dire si je suis correct, c,est que comme la vitesse de l'hélice n'est pas la même que celle du bateau, les forces d'action-réaction à l'avant du bateau s'annulent, mais comme l'eau est renvoyée vers vous, vous devez vaincre sa densité (force de friction).

[inviteed63af38]

Mon dernier message m'apparaît désormais illogique, puisque j'ai fait un schéma de forces.

Je vais vous donner un exemple, peut-être cela m'aidera-t-il à comprendre.

Imaginons un bateau dont l'hélice pousse sur l'eau avec une force de 1000 N. Alors l,eau pousse sur l'intégralité du bateau avec une force de 1000 N. Alors, l'avant du bateau devrait aussi pousser sur l,eau avec une force de 1000 N et se faire repousser avec 1000 N. Ce qui engendrerait une annulation de forces, car la force de 1000 N à l'arrière et à l'avant est la même. Mais bien sûr, nous savons qu'il n'en est pas ainsi, sinon nous serions incapables d'avancer. Que se passe-t-il?

[calculair]

bonjour
Tu as presque raison...

Quand le bateau est à l'arrêt, et tu mets ton helice en marche, la force de l'helice pousse le bateau avec 1000 N, et la friction de l'eau est faible

Le bateau accelere , jusqu"a ce que la force de friction soit egale et opposée à celle de l'helice... Alors le bateau se deplace à voitesse constante.

Si tu arrêtes le moteur, les force de friction vont ralentir ton bateau, et de moins à moins vite au fur et à mesure que le bateau ralenti, car la force de friction diminue avec la vitesse.....

[inviteed63af38]

Je me suis rappellé des notions fondamentales que j'avais oubliées. J'ai solutionné mon problème moi-même. Je vous remercie quand même de vos réponses, elles sont su me guider.

Bonne journée à vous tous!

PROBLÈME RÉSOLU

[Karzaba]

Bonjour,

Je rouvre ce topic car je vois que je n'étais pas le seul à me poser ce genre de questions Que mes cours de physiques me paraissent (trop) lointain !

Je voudrais essayer de mieux comprendre cette 3ème loi de Newton suite au premier post de bonjour123 en 2009 ! Je pense la comprendre dans son ensemble mais j'ai en revanche beaucoup de mal à en saisir certains aspects...

Bonjour123 avait pris comme exemple un bateau qui exerce une force de 1000N. Je vais faire encore plus simple :

1) Je suis debout (ou assis qu'importe) et je pousse avec mes mains un volume d'air de 100cm3 devant moi avec une force de 30N. Par action/réaction, l'air devrait exercer sur moi une force de sens inverse de 30N n'est ce pas ?
-Pratiquement, je ne bougerai évidemment pas vu ma masse par rapport à celle du volume d'air déplacé. Mais théoriquement, à quelle vitesse va se déplacer l'air que je pousse et réciproquement à quelle vitesse me déplacerai je vers l'arrière ?
-Est ce que la notion de conservation de quantité de mouvement intervient dans cette 3ème loi de Newton et donc dans mon exemple ?


2) Cela m'amène à ma 2ème question (et c'est surtout la que je bloque un peu comme bonjour123 et son bateau) qui est la chute libre d'un objet, de masse 1kg, soumis à son poids P et qui a atteint sa vitesse limite (vitesse constante donc) car les forces de frottements compensent le poids me semble t-il. L'objet n'accélère plus.

Cependant, cet objet de 1kg continue à tomber par l'influence du poids P de 10N (j'arrondis g à 10N) et "déplace" également un volume d'air en tombant.
-Par action/réaction, l'air exerce elle sur moi aussi une force de sens inverse de 10N ?
-Finalement qu'est ce qui fait que l'objet tombe sachant que, dans cette situation de vitesse constante, les forces de frottements compensent le poids ?
-Est ce que la notion de conservation de quantité de mouvement intervient dans mon exemple pour expliquer que le corps chut malgré tout même à vitesse constante ?

Ces questions peuvent vous paraitre triviales, j'en conviens, mais bon c'est pour ma culture personnelle

Merci aux âmes charitables qui prendront le temps de répondre.

[Karzaba]

Dans le 2ème exemple je voulais dire :
-Par action/réaction, l'air exerce elle sur l'objet aussi une force de sens inverse de 10N ?

[Dynamix]

1) Je suis debout (ou assis qu'importe) et je pousse avec mes mains un volume d'air de 100cm3 devant moi avec une force de 30N.

Donc tu communiques à ce volume (un dixième de litre) d' air une accélération de 230 m/s² ...
...en restant assis
Même debout c' est pas gagné .

-Par action/réaction, l'air exerce elle sur l'objet aussi une force de sens inverse de 10N ?

Le principe des actions réciproques est incontournable .

[Karzaba]

Bonjour,

1) J'ai pris 100cm3 mais de façon aléatoire, prenons 1cm3 d'air déplacé si vous le souhaitez. J'essaie juste de comprendre/me représenter le phénomène d'action/réaction sur ce cas.

2) Donc l'air exerce une force de réaction de 10N sur mon objet de 1kg, soit ; mais donc, pourquoi l'objet tombe t'il quand même ?

Merci.

[antek]

2) Donc l'air exerce une force de réaction de 10N sur mon objet de 1kg, soit ; mais donc, pourquoi l'objet tombe t'il quand même ?

L'objet se déplace à une vitesse V et la somme vectorielle des forces qui s'y exercent est nulle.
Donc il n'accélère pas . . .

[Karzaba]

Il n'accélère plus car il a atteint sa vitesse limite, certes, mais il tombe quand même... Pourquoi ?

[Dynamix]

Il n'accélère plus car il a atteint sa vitesse limite, certes, mais il tombe quand même... Pourquoi ?

Voir la deuxième loi de Newton .
Résultante nulle implique accélération nulle et donc vitesse constante .

[antek]

Il n'accélère plus car il a atteint sa vitesse limite, certes, mais il tombe quand même... Pourquoi ?

S'il a atteint sa vitesse limite c'est qu'il tombe oui, sinon il serait toujours là haut . . .
Il ne tombe pas "quand même", il tombe tout court.

Depuis qu'il a été laché sa vitesse ne cesse de croitre, une fois l'équilibre des forces réalisé sa vitesse est stable.
Quel phénomène pourrait faire diminuer sa vitesse ?
Pour quelle raison devrait-il s'arrêter après avoir acquis cette vitesse ?

Je ne vois que la rencontre avec le sol.

[Karzaba]

Je pense que je me suis mal fait comprendre.

Si mon objet de 1kg est sur un plan horizontal et qu'il se déplace à vitesse v constante de 100km/h, êtes vous d'accord qu'à chaque instant t, il exerce une force N sur chaque molécule d'air devant lui et qu'en réaction, chaque molécule d'air lui renvoie la même force N ? Pourquoi l'objet continuerait il d'avancer et donc ne s'arrêterait t-il pas (et donc v=0m/s) vu qu'une force de réaction d'intensité égale agit sur lui ?

C'est un peu comme la question initiale de bonjour123 et son bateau qui pousse l'eau vers l'avant avec 1000N et en réaction l'eau qui exerce 1000N sur le bateau. En vitesse de croisière (vitesse constante), le bateau avance pourtant , pourquoi ?

[XK150]

Bonjour ,

Parce que vous avez déjà vu des objets d'environ 1 kg qui se déplacent indéfiniment à la vitesse constante sur un plan horizontal et dans l'air ?
Merci de citer des exemples ...

[Dynamix]

'une force de réaction d'intensité égale agit sur lui ?

Pourquoi "de réaction" ?
Une force tout court .

S' il n' y a pas de force propulsive pour compenser cette traonée , il ralentira , bien sur .

En vitesse de croisière (vitesse constante), le bateau avance pourtant , pourquoi ?

A quoi sert le moteur , à ton avis .
C' est la résultante de toutes les actions externes qui détermine ne mouvement .

[Karzaba]

J'essaie de comprendre l'action/réaction et pourquoi dans un bilan des forces par exemple, on ne représente pas la réaction de l'air sur un objet (suite à l'action de l'objet sur cet air) comme on le ferait pour un support qui réagirait suite au poids de l'objet posé sur ce support. Je ne parle pas des forces de frottements du à la surface de mon objet qui se déplace mais bien de la réaction de chaque molécule d'air suite à l'action de mon objet sur cet air...

Si mon objet A se déplace vers la gauche à vitesse constante, il exerce bien une force N vers la gauche sur l'air et en retour l'air exerce cette même force N sur mon objet mais à droite. Si je place un objet B (une bille d'eau de 10g par exemple) sur le trajet de mon objet A, à l'instant ou il le percutera, on représentera bien dans le bilan des forces la réaction de ma bille sur mon objet. Pourquoi ne le ferait-on par pour l'air à chaque instant que mon objet A se déplace ?

N'y a t-il pas une histoire de conservation de quantité de mouvement qui expliquerait que l'air ne modifie pas la vitesse de mon objet ? Est ce que je me trompe concernant le système à étudier quand je fais le bilan de mes forces ?

[antek]

J'essaie de comprendre l'action/réaction et pourquoi dans un bilan des forces par exemple, on ne représente pas la réaction de l'air sur un objet (suite à l'action de l'objet sur cet air) comme on le ferait pour un support qui réagirait suite au poids de l'objet posé sur ce support. Je ne parle pas des forces de frottements du à la surface de mon objet qui se déplace mais bien de la réaction de chaque molécule d'air suite à l'action de mon objet sur cet air...

Je me demande si dans un cas aussi simple il est pertinent de s'attacher aux réactions au niveau moléculaire.

D'autre part, si un volume d'air (prenons le << devant le volume de l'objet) exerce une force sur l'objet en déplacement, cette force dans le cas général ne dépend pas de la force appliquée par la motorisation de l'objet (hélice par exemple).
Prenons le cas d'un sous-marin immobile, appliquons lui une force F et étudions ce qui se passe.
Sous-marin pour simplifier (milieux homogène).

[Dynamix]

on ne représente pas la réaction de l'air sur un objet (suite à l'action de l'objet sur cet air) comme on le ferait pour un support qui réagirait suite au poids de l'objet posé sur ce support. Je ne parle pas des forces de frottements du à la surface de mon objet qui se déplace mais bien de la réaction de chaque molécule d'air suite à l'action de mon objet sur cet air...

"la réaction de chaque molécule d'air suite à l'action de mon objet sur cet air" c' est la traînée .
Pourquoi dits tu qu' on ne la "représente" pas ?

[Karzaba]

@Antek

Si je prends deux patineurs, un père de 80kg et sa fille de 30kg. Ils sont face à face, le père pousse sa fille avec une force N (action), une même force de sens opposée N (réaction) agit de la fille sur le père mais si l'on étudie leurs mouvements, on verra bien que la fille va être propulsée à une vitesse bien plus importante que celle du père qui lui ne reculera qu'un peu du fait de sa masse plus importante.
Je ne vois pas pourquoi on ne pourrait pas faire l'analogie avec l'air ? (le père se déplace à une vitesse v sur la patinoire et envoie par le biais d'une force N à chaque instant, une quantité d'air devant lui qui, en réaction lui retourne cette force ; mais comme la masse de l'air est totalement négligeable par rapport à celle du père, le père continuera tranquillement sa balade sur le patinoire...)

1) quant au sous marin immobile, le poids vers le bas et poussée d'Archimède vers le haut (d'ailleurs, peut on dire que la poussée d'Archimède est une réaction par rapport à l'action de plonger un corps dans un fluide ?). Si les hélices ne tournent pas et que intensité de la poussée d'Archimède = intensité poids, le sous marin est immobile.
2) les hélices tournent, le sous-marin subit une accélération et l'ensemble des forces ne se compensent pas (ensemble des forces extérieures = ma) ; la force N due aux hélices le pousse vers l'avant et donc l'eau devant lui aussi mais l'eau aura une réaction de force N de sens opposée sur le sous-marin n'est ce pas ? Le sous-marin avance pourtant et ne s'immobilise pas du fait de la réaction de l'eau sur lui-même. Pendant cette phase d'accélération, est ce que la troisième loi de Newton est tout le temps vérifiée ?

[Dynamix]

Si je prends deux patineurs, un père de 80kg et sa fille de 30kg. Ils sont face à face, le père pousse sa fille avec une force N (action), une même force de sens opposée N (réaction) agit de la fille sur le père mais si l'on étudie leurs mouvements, on verra bien que la fille va être propulsée à une vitesse bien plus importante que celle du père qui lui ne reculera qu'un peu du fait de sa masse plus importante.

Même* force , même* variation de la quantité de mouvement .
* = au signe près

la masse de l'air est totalement négligeable par rapport à celle du père

Qu' en sais tu ?
Elle est incalculable .
Pas grave en fait car le calcul n' a pas d' intérêt .
Ce qu' on connait , et qui est utile , c' est sa variation de quantité de mouvement .

(d'ailleurs, peut on dire que la poussée d'Archimède est une réaction par rapport à l'action de plonger un corps dans un fluide ?)

On peut , mais on risque de passer pour un idiot
Action dans le sens de la troisième loi correspond à une force ou un moment de force .
"l'action de plonger un corps dans un fluide" n' est ni une force ni un moment de force .
Un moment de plaisir à la rigueur ...

une réaction de force N de sens opposée sur le sous-marin n'est ce pas ?

Non en général .
Si
traînée = -(force propulsive)
la vitesse est constante .

PS
La traînée n' est pas la réciproque de la force propulsive .

Pendant cette phase d'accélération, est ce que la troisième loi de Newton est tout le temps vérifiée ?

Avant , pendant , après ...
Qu' il vente ou qu ' il neige , elle n' est jamais mise en défaut .
Même les années séculaires ...

[antek]

2) les hélices tournent, le sous-marin subit une accélération et l'ensemble des forces ne se compensent pas (ensemble des forces extérieures = ma) ; la force N due aux hélices le pousse vers l'avant et donc l'eau devant lui aussi mais l'eau aura une réaction de force N de sens opposée sur le sous-marin n'est ce pas ?

NON
Si la force de propulsion et la force de résistances sont égales, le sous-marin ne bougera pas.

[Dynamix]

NON
Si la force de propulsion et la force de résistances sont égales, le sous-marin ne bougera pas.

Tu veux dire n' accélérera pas .

[Karzaba]

Bon je pense que pour mieux comprendre, je vais faire tomber mon objet (objet masse volumique > à celle de l'eau) dans l'eau cette fois ci parce que la je commence vraiment à me mélanger entre quantité de mouvement et force... Je vous remercie d'essayer de m'expliquer certains points mais je pense que l'on ne se comprend pas sur la schématisation de mes exemples.

1) L'objet coule, son poids P est dirigé vers le bas et la poussée d'Archimède vers le haut ; l'intensité poids étant plus forte que celle de la poussé d'Archimède, il continue donc à couler à une vitesse t et parcourt une distance d chaque seconde qui passe....

2) Le poids(une force donc) de mon objet agit(action) sur chaque molécule d'eau en contact en dessous de lui. Réciproquement, chaque molécule d'eau au contact de mon objet réagit(réaction) en renvoyant à mon objet la même force en retour => est ce juste et si oui, est ce que ce que je dis dans ce 2) c'est la poussée d'Archimède ou bien la 3ème loi de Newton ou bien les forces de frottements ?

3) Si je remplace mes molécules d'eau par les molécules d'une table en bois (il faut se l'imager ) donc une table quoi, la table en bois exerce bien une force à mon objet d'intensité égale au poids de ce dernier mais en sens opposé. On représente bien cette force de réaction par un vecteur dirigé vers le haut dans un bilan des forces, l'objet est immobile et principe d'inertie car les deux forces s'annulent.
Ainsi, pourquoi ne représenterait t-on pas dans un bilan des forces la force de réaction de l'eau (force également dirigée vers le haut et de même intensité quel poids de l'objet) sur mon objet immergé ?

[antek]

Tu veux dire n' accélérera pas .

Oui, si on part de l'immobilité il ne bougera pas.

[antek]

Ainsi, pourquoi ne représenterait t-on pas dans un bilan des forces la force de réaction de l'eau (force également dirigée vers le haut et de même intensité quel poids de l'objet) sur mon objet immergé ?

Non.
L'eau n'est pas une table.

Négligeons Archimède, son utilité est surtout pour une explication en statique, et de plus constante (pour faire simple).

L'objet est soumis à trois forces :
- le poids orienté vers le bas, est fonction de la masse
- la force de frottement, non directement dépendante du poids, directement dépendante de la vitesse
- la force de trainée, non directement dépendante du poids, directement dépendante de la vitesse

Ces deux dernières forces s'opposent au déplacement sans référence à la force qui pousse l'objet vers le bas (le poids).

A chercher une force de réaction (genre les pieds sur terre) on finit par se noyer . . .

[Dynamix]

2) Le poids(une force donc) de mon objet agit(action) sur chaque molécule d'eau en contact en dessous de lui.

Le poids est une interaction entre la terre et l' objet .
Il n' agit pas sur l' eau .

Réciproquement, chaque molécule d'eau au contact de mon objet réagit(réaction) en renvoyant à mon objet la même force en retour => est ce juste

Non , c' est faux .
Tant que la vitesse n' est pas stabilisée , la traînée est inférieure au poids .
La trainée est une force de pression (dynamique) et un peu de frottement . Rien à voir avec Archimède

3) Si je remplace mes molécules d'eau par les molécules d'une table en bois donc une table quoi, la table en bois exerce bien une force à mon objet d'intensité égale au poids de ce dernier mais en sens opposé. On représente bien cette force de réaction par un vecteur dirigé vers le haut dans un bilan des forces, l'objet est immobile et principe d'inertie car les deux forces s'annulent.

Encore une fois , pourquoi force de réaction ?
Réaction à quoi ?
Surtout pas au poids

Ainsi, pourquoi ne représenterait t-on pas dans un bilan des forces la force de réaction de l'eau (

Ou as tu vu qu' on ne représentait pas la traînée ?