Le principe fondamental de la dynamique

F = ma. Cette équation exprime le principe fondamental de la dynamique, formulé par Newton à la fin du XVII^e siècle. On la considère comme le fondement de la mécanique, la partie de la physique qui décrit et prédit les mouvements des objets soumis à l’action de tous types de forces. Mais comment interpréter cette équation ? Regardons-la de plus près.

Que signifie l’équation F = ma ?

Un corps de masse m soumis à une force f, prend une accélération a. L’accélération étant la variation de la vitesse au cours du temps. L’important est la définition précise des quantités. Avant Newton, la description du mouvement des objets reste floue et les notions se mélangent entre vitesse (v), accélération (a) et impetus (une sorte de volonté de l’objet à bouger lui-même).

Que dit la loi d’Aristote sur la dynamique ?

Bien qu’elle soit fausse, la loi d’Aristote, fait autorité jusqu'à présent. Elle affirme notamment que le mouvement est synonyme d’action et donc qu’un objet sur lequel on n’agit pas, reste immobile. « Avec moi, si on n’agit pas, la force est nulle et c’est l’accélération, la variation de la vitesse qui est égale à zéro ». Or, la vitesse ne varie pas, mais rien ne dit qu’elle est nulle : un objet sur lequel on n’agit pas, se déplace dans l’espace en ligne droite, à vitesse constante tel que présenté dans la vidéo de la gravité.

Les notions et les quantités relatives à un objet

• Préciser la notion de force : cette équation oblige à définir la notion de force, qui reste floue. S'agit-il d'action, de contact, de poussée, de pression ? On doit identifier correctement la force qui agit sur l’objet et la catégoriser, comme le phénomène qui procure une accélération (a) à un objet de masse (m).
• Les forces : dans le cas de la loi de Newton, il s’agit de forces mécaniques : la gravitation universelle appliquée aux pommes et aux planètes, la réaction du sol ou le rappel d’un ressort, par exemple.
• La masse (m) exige une définition précise. Qu’importe la forme de l’objet, son aspect ou sa taille, la masse suffit à prédire quel sera son mouvement sous l’action des différentes forces appliquées. 

Quelles sont les applications de cette équation ?

F = ma, concerne toutes les forces mécaniques : astronomie, industrie, transport, mécanique des fluides... Y compris les nouvelles interactions électriques et magnétiques découvertes au XVIII^e et XIX^e siècle, modélisées en termes de forces. En physique fondamentale, au XX^e siècle, ces concepts seront dépassés avec la relativité et la théorie quantique, mais l'intervention de Newton a inscrit pour toujours l'exigence d'une définition claire et précise des concepts, pour une physique prédictive et quantitative.