Qu'est-ce que la troisième loi de Newton ?

La plupart des gens savent que la Terre nous attire. En revanche, peu de gens réalisent qu'on attire aussi la Terre. Si la Terre exerce une force de 500 N sur nous, on exerce aussi une force de 500 N sur la Terre. C'est une conséquence de la troisième loi de Newton.

Troisième loi de Newton : Si un objet A exerce une force sur un objet B, alors l'objet B exerce une force de même valeur et de sens opposé sur l'objet A.

Cette loi décrit une certaine symétrie de la nature : les forces n'existent toujours que par deux, un corps ne peut exercer une force sur un autre corps sans subir une force de ce dernier en retour. Cette loi est parfois appelée principe d'action - réaction, l'action étant la force exercée par un objet et la réaction étant la force exercée sur l'objet en retour.

La figure ci-dessous représente une nageuse prenant appui sur le bord de la piscine pour se propulser sous l'eau.

La nageuse pousse avec ses pieds sur le bord de la piscine, ce qui lui procure une accélération orientée dans le sens opposé à la force exercée par les pieds sur le bord de la piscine. D'après la troisième loi de Newton, le bord de la piscine a donc exercé une force de même valeur et de sens opposé sur les pieds de la nageuse. On pourrait penser que ces deux forces opposées et de même valeur s'annulent, mais ce n'est pas le cas dans la mesure où elles ne concernent pas le même système. En effet, dans cet exemple, on peut étudier deux systèmes différents : la nageuse ou le bord de la piscine. Si l'on considère le système "nageuse" comme sur l'image ci-dessous, la force $F_{\text{bord sur pieds}}$‍ est alors une force extérieure qui a une influence sur le mouvement de la nageuse. En revanche, la force $F_{\text{pieds sur bord}}$‍ agit sur le bord donc concerne le système "bord de la piscine". Elle n'a donc aucune influence directe sur le mouvement su système "nageuse". Il faut bien remarquer que la nageuse pousse dans le sens opposé au sens de déplacement voulu, c'est donc la force de réaction qui permet son déplacement dans le sens voulu.

Les exemples d'application de la troisième loi de Newton sont simples à trouver. Lorsqu'une enseignante fait des va-et-vient devant le tableau, ses pieds exercent une force sur le sol orientée dans le sens opposé à son mouvement. En réaction, le sol exerce sur ses pieds une force orientée dans le sens de son mouvement, ce qui lui permet d'avoir une accélération.

De la même manière, une voiture peut accélérer puisque le sol exerce une force sur les roues motrices en réaction à la force exercée par les roues motrices sur le sol qui est orientée dans le sens opposé au mouvement. Cette force exercée par les roues motrices sur le sol est clairement mis en évidence sur une route en gravier par la projection de cailloux vers l'arrière.

Autre exemple, une fusée peut avancer grâce à l'éjection de gaz vers l'arrière avec une vitesse très importante. La fusée exerce une action importante sur le gaz dans la chambre de combustion, et le gaz exerce en retour une réaction importante orientée dans le sens du mouvement de la fusée. Cette réaction s'appelle la force de poussée. C'est donc une erreur de penser que les fusées se propulsent grâce une force exercée sur le sol ou sur l'air qui se trouve derrière elles. En réalité, elles fonctionnent mieux dans le vide dans la mesure où elles peuvent éjecter le gaz plus facilement, sans qu'il n'y ait de résistance de l'air.

Pour finir, les hélicoptères s'élèvent eux aussi en poussant l'air vers le bas, ce qui induit une force de réaction sur l'hélicoptère orientée vers le haut. De même, les oiseaux et les avions sont capables de voler en exerçant une force orientée dans le sens opposé à la force dont ils ont besoin pour voler. Leurs ailes exercent sur l'air une force orientée vers le bas et vers l'arrière de façon à pouvoir s'élever et avancer.

Une personne conduit un chariot vers la droite, le chariot 1, qui pousse un autre chariot transportant un gros réfrigérateur, le chariot 2. La masse totale du chariot 2 (chariot plus réfrigérateur) est trois fois plus élevée que celle du chariot 1 (chariot plus personne). Sachant qu'il y a assez de puissance pour que les deux chariots aient une accélération vers la droite, quelle affirmation peut-on faire sur les valeurs des forces agissant sur les chariots ?

Une boite est posée sur une table comme sur le schéma ci-dessous. Plusieurs forces sont listées dans le tableau sous l'image.