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Terminale spécialité · Physique-chimie · Mouvement et interactions · Chapitre 13

Deuxième loi de Newton

Fiche de cours5 min de lecturePar Robin RinguetMise à jour : octobre 2026

1Système, centre de masse, référentiel

Définition. Le système est le corps dont on étudie le mouvement ; il est repéré par son centre de masse GG, point où l’on peut considérer que toute sa masse est concentrée. Pour un corps homogène de forme simple, GG est son centre géométrique.

Définition. Un référentiel galiléen est un référentiel dans lequel les lois de Newton s’appliquent. En pratique, on les suppose galiléens pour la durée de l’étude :

  • référentiel terrestre (lié au sol) : mouvements courts devant une journée ;
  • référentiel géocentrique (centre de la Terre, axes vers des étoiles lointaines) : satellites, Lune ;
  • référentiel héliocentrique (centre du Soleil) : planètes, sondes interplanétaires.

2Forces extérieures usuelles

FormulaireLes forces à connaître
  • Poids : P⃗=m g⃗\vv{P}=m\,\vv{g}, vertical vers le bas, appliqué en GG, P=mgP=mg en N{\mathrm{N}} avec g=9,81 N⋅kg−1g={9{,}81\,\mathrm{N}{\cdot}\mathrm{kg}^{-1}}.
  • Réaction du support : R⃗=R⃗N+f⃗\vv{R}=\vv{R}_N+\vv{f}, où R⃗N\vv{R}_N est perpendiculaire au support et f⃗\vv{f} la force de frottement, parallèle au support et opposée au mouvement (nulle si le contact est parfait).
  • Tension d’un fil T⃗\vv{T} : dirigée selon le fil, du système vers le point d’attache. Tension d’un ressort (hors programme) : T=k ∣Δℓ∣T=k\,\abs{\Delta\ell}.
  • Poussée d’Archimède : Π=ρfluide V g\Pi=\rho_{\text{fluide}}\,V\,g, verticale vers le haut (VV : volume immergé).
  • Force électrique : F⃗=q E⃗\vv{F}=q\,\vv{E}. Force d’interaction gravitationnelle : F=G mA mBd 2F=G\,\dfrac{m_A\,m_B}{d^{\,2}} (GG : constante de gravitation universelle).

3La deuxième loi de Newton

Théorème — deuxième loi de Newton. Dans un référentiel galiléen, pour un système de masse mm constante et de centre de masse GG :

∑F⃗ext=m a⃗G.\sum\vv{F}_{\text{ext}}=m\,\vv{a}_G .

La somme des forces extérieures et le vecteur accélération sont donc toujours colinéaires et de même sens ; pour une même somme des forces, a⃗G\vv{a}_G est d’autant plus petit que la masse est grande (inertie).

Théorème — principe d’inertie, première loi. Dans un référentiel galiléen, ∑F⃗ext=0⃗\sum\vv{F}_{\text{ext}}=\vv{0} si et seulement si GG est immobile ou animé d’un mouvement rectiligne uniforme. Un système soumis à des forces qui se compensent est dit à l’équilibre (au sens de la translation).

Remarque. Une force ne « produit » pas une vitesse mais une variation de vitesse : un mobile peut avancer sans aucune force (mouvement rectiligne uniforme) et une force peut le freiner.

4Méthode de résolution

Méthode — appliquer la deuxième loi. toujours dans cet ordre :

  • définir le système et le référentiel (supposé galiléen) ;
  • faire le bilan des forces extérieures et les représenter sur un schéma, appliquées en GG ;
  • écrire ∑F⃗ext=m a⃗G\sum\vv{F}_{\text{ext}}=m\,\vv{a}_G (relation vectorielle) ;
  • choisir un repère adapté (un axe selon le mouvement) et projeter sur chaque axe ;
  • résoudre littéralement, puis faire l’application numérique et vérifier l’unité et l’ordre de grandeur.

Propriété — cas classiques. Sur un plan incliné d’angle α\alpha sans frottement, l’axe pris selon la ligne de plus grande pente donne aG=gsin⁡αa_G=g\sin\alpha et RN=mgcos⁡αR_N=mg\cos\alpha : l’accélération ne dépend pas de la masse. Dans un ascenseur d’accélération aa vers le haut, le support exerce RN=m(g+a)R_N=m(g+a). Pour une chute avec frottement fluide f=k vf=k\,v (poussée d’Archimède négligée), l’accélération diminue et la vitesse tend vers une vitesse limite telle que mg=k vlim⁡mg=k\,v_{\lim}.

5Savoir-faire du chapitre

Savoir-faire
  • Choisir un système et un référentiel galiléen adapté à la durée de l’étude ; situer le centre de masse.
  • Établir le bilan des forces extérieures et le représenter par un schéma à l’échelle.
  • Appliquer ∑F⃗ext=m a⃗G\sum\vv{F}_{\text{ext}}=m\,\vv{a}_G et projeter sur des axes bien choisis pour obtenir une accélération ou une force.
  • Traiter les situations types : plan incliné, ascenseur, véhicule qui freine, objet suspendu, chute avec frottements.
  • Exploiter la condition d’équilibre ∑F⃗ext=0⃗\sum\vv{F}_{\text{ext}}=\vv{0} et reconnaître un mouvement rectiligne uniforme.

6Exemples types

Exempleglissade sur un plan incliné

Une luge glisse sans frottement sur une pente d’angle α=15∘\alpha={15^{\circ}}. Système : la luge ; forces : P⃗\vv{P} et R⃗N\vv{R}_N. La deuxième loi projetée sur l’axe de plus grande pente, orienté vers le bas, donne mgsin⁡α=m aGmg\sin\alpha=m\,a_G, soit aG=gsin⁡α=9,81×sin⁡15∘=2,5 m⋅s−2a_G=g\sin\alpha=9{,}81\times\sin{15^{\circ}}={2{,}5\,\mathrm{m}{\cdot}\mathrm{s}^{-2}}, indépendante de la masse.

Exempledans l’ascenseur

Une personne de masse m=60 kgm={60\,\mathrm{kg}} est dans un ascenseur qui démarre vers le haut avec a=1,2 m⋅s−2a={1{,}2\,\mathrm{m}{\cdot}\mathrm{s}^{-2}}. Sur l’axe vertical ascendant : RN−mg=m aR_N-mg=m\,a, d’où RN=m(g+a)=60×(9,81+1,2)=6,6×102 NR_N=m(g+a)=60\times(9{,}81+1{,}2)={6{,}6\times10^{2}\,\mathrm{N}} : elle se sent plus lourde. À vitesse constante, RN=mg=5,9×102 NR_N=mg={5{,}9\times10^{2}\,\mathrm{N}}.

Exempleéquilibre d’un objet suspendu

Une lanterne de masse m=2,0 kgm={2{,}0\,\mathrm{kg}} pend au bout d’un fil vertical, immobile. Comme a⃗G=0⃗\vv{a}_G=\vv{0}, P⃗+T⃗=0⃗\vv{P}+\vv{T}=\vv{0} : le fil exerce une tension verticale vers le haut de valeur T=mg=2,0×9,81=20 NT=mg=2{,}0\times9{,}81={20\,\mathrm{N}}.

Exemplevitesse limite d’une bille dans un fluide

Une bille de masse m=5,0×10−3 kgm={5{,}0\times10^{-3}\,\mathrm{kg}} tombe dans un liquide qui exerce f=k vf=k\,v avec k=0,25 kg⋅s−1k={0{,}25\,\mathrm{kg}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}} (poussée d’Archimède négligée). Tant que vv croît, aa diminue ; lorsque a=0a=0, mg=k vlim⁡mg=k\,v_{\lim}, d’où vlim⁡=mgk=5,0×10−3×9,810,25=0,20 m⋅s−1v_{\lim}=\dfrac{mg}{k}=\dfrac{5{,}0\times10^{-3}\times9{,}81}{0{,}25}={0{,}20\,\mathrm{m}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}}.

Exemplefreinage d’un véhicule

Une voiture de masse m=1,2×103 kgm={1{,}2\times10^{3}\,\mathrm{kg}} roulant à v0=20 m⋅s−1v_0={20\,\mathrm{m}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}} s’arrête en d=40 md={40\,\mathrm{m}} avec une décélération constante. La relation v02=2 a dv_0^{2}=2\,a\,d donne a=2022×40=5,0 m⋅s−2a=\dfrac{20^{2}}{2\times40}={5{,}0\,\mathrm{m}{\cdot}\mathrm{s}^{-2}}, donc la force de freinage vaut F=m a=6,0×103 NF=m\,a={6{,}0\times10^{3}\,\mathrm{N}}, dirigée en sens inverse du mouvement.

Pièges
  • Faire figurer dans le bilan une force exercée par le système, ou une « force du mouvement » : seules comptent les forces extérieures appliquées au système.
  • Confondre masse (en kg{\mathrm{kg}}, invariable) et poids (en N{\mathrm{N}}, dépendant de l’astre).
  • Croire qu’un mouvement rectiligne uniforme exige une force motrice : dans ce cas les forces se compensent.
  • Projeter en oubliant les signes ou en confondant sinus et cosinus : sur un plan incliné d’angle α\alpha, le poids a une composante mgsin⁡αmg\sin\alpha selon la pente et mgcos⁡αmg\cos\alpha perpendiculairement.

Exercices, contrôles et sujets

Les énoncés sont en accès libre, à télécharger en PDF.

1

Exercices de base

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Les bases : référentiels, bilan des forces, accélération, équilibre

10 exercicesniveau Difficulté 1 sur 3durée conseillée : 1 h 30calculatrice autorisée

  1. Où est le centre de masse ?Difficulté 1 sur 3
  2. Choisir un référentielDifficulté 1 sur 3
  3. Inventaire des forcesDifficulté 1 sur 3
  4. Somme des forces et accélérationDifficulté 1 sur 3
  5. Le chariot de supermarchéDifficulté 1 sur 3
  6. Dans l’ascenseurDifficulté 2 sur 3
  7. Glissade sur une piste verglacéeDifficulté 2 sur 3
  8. Équilibre d’une lanterne suspendueDifficulté 2 sur 3
  9. Le téléskiDifficulté 2 sur 3
  10. Poser un rover sur MarsDifficulté 2 sur 3
2

Exercices d'application

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Application : frottements, plan incliné, propulsion, exploitation de mesures

7 exercicesniveau Difficulté 2 sur 3durée conseillée : 1 h 30calculatrice autorisée

  1. Le démarrage d’un tramwayDifficulté 2 sur 3
  2. Une caisse sur une rampe de déchargementDifficulté 2 sur 3
  3. Chronophotographie d’un paletDifficulté 2 sur 3
  4. Décollage d’un lanceurDifficulté 2 sur 3
  5. Remontée d’un plongeurDifficulté 2 sur 3
  6. Dans le virageDifficulté 3 sur 3
  7. Python : exploiter un enregistrementDifficulté 2 sur 3
3

Contrôle A

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Bilan des forces, deuxième loi de Newton, projections

Durée : 1 hcalculatrice autorisée4 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Questions de cours4 ptsDifficulté 1 sur 3
  2. L’ascenseur de chantier6 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. Descente d’un wagonnet7 ptsDifficulté 2 sur 3
  4. Une bille dans la glycérine3 ptsDifficulté 2 sur 3
4

Contrôle B

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Forces, accélération et prise d’initiative

Durée : 1 hcalculatrice autorisée4 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Vrai ou faux, et pourquoi4 ptsDifficulté 1 sur 3
  2. Une caisse tirée sur le quai6 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. Décollage d’un avion de ligne7 ptsDifficulté 3 sur 3
  4. Ouverture du parachute3 ptsDifficulté 3 sur 3
5

Approfondissement

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Systèmes couplés, frottements modélisés, forces électriques : pour aller plus loin

7 exercicesniveau Difficulté 3 sur 3durée conseillée : 2 hcalculatrice autorisée

  1. Deux wagons attelésDifficulté 3 sur 3
  2. Deux masses reliées par un filDifficulté 3 sur 3
  3. Jusqu’à quelle pente la caisse tient-elle ?Difficulté 3 sur 3
  4. La goutte d’huile de MillikanDifficulté 3 sur 3
  5. Le ballon-sondeDifficulté 3 sur 3
  6. Résolution de problème : la distance d’arrêtDifficulté 3 sur 3
  7. Vers la vitesse limite : la méthode d’EulerDifficulté 3 sur 3
6

Sujet type bac

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Deux exercices indépendants : propulsion d’un lanceur, descente d’une tyrolienne

Durée : 1 h 30calculatrice autorisée2 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Les premières secondes de vol d’Ariane 612 ptsDifficulté 3 sur 3
  2. Descente en tyrolienne8 ptsDifficulté 2 sur 3

Terminale · Physique-chimie : les 22 chapitres

  1. Transformations acide-base
  2. Analyse par des méthodes physiques
  3. Titrages
  4. Cinétique chimique
  5. Mécanismes réactionnels
  6. Radioactivité
  7. Sens d’évolution spontanée
  8. Piles
  9. Force des acides et des bases
  10. Électrolyse
  11. Stratégies en synthèse organique
  12. Décrire un mouvement
  13. Deuxième loi de Newton
  14. Mouvement dans un champ uniforme
  15. Mouvement dans un champ de gravitation
  16. Écoulement d’un fluide
  17. Gaz parfait et premier principe
  18. Transferts thermiques
  19. Sons et effet Doppler
  20. Diffraction et interférences
  21. Lunette astronomique et photons
  22. Dynamique du circuit RC