Chute verticale des corps
1. Qu'est-ce que le champ de pesanteur terrestre ?
• Tout corps de masse m situé au voisinage de la surface de la Terre est soumis à la force de gravitation qui peut être assimilée à la force de pesanteur P(vecteur) (encore appelée poids).
• L'intensité g du champ de pesanteur, en newton par kilogramme (N.kg−1), représente l'intensité de la force de pesanteur par unité de masse, en un point de l'espace situé au voisinage de la surface de la Terre. Le vecteur champ de pesanteur est défini par la relation g(vecteur)=P(vecteur)/m dans laquelle P(vecteur), en newton (N), représente le poids de l'objet et m, en kilogramme (kg), sa masse.
• De cette définition, il découle que le vecteur champ de pesanteur a la même direction et le même sens que le vecteur représentant le poids ; il est vertical et dirigé vers le bas.
• Au voisinage de la surface de la Terre, le champ de gravitation est considéré comme uniforme. On le représente par un vecteur identique en tout point de l'espace (même intensité, même direction et même sens).À la surface de la Terre, on prend généralement g = 9,81 N.kg−1.
2. Comment modélise-t-on un mouvement de chute libre ?
• Un objet est en mouvement de « chute libre » s'il n'est soumis qu'à l'action de la force de pesanteur.
• Par exemple, une pomme qui tombe d'un arbre suit un mouvement de chute libre car il est possible de négliger les forces de frottement de l'air au cours de son mouvement.
• Pour modéliser le mouvement de chute libre d'un objet lâché sans vitesse initiale à la date t = 0 s, il faut appliquer la deuxième loi de Newton dans le référentiel terrestre et identifier le vecteur accélération.D'après le la deuxième loi de Newton : \sum{\vec{F}=m.{\vec{a}}}, donc pour un objet en chute libre : \vec{P}=m.{\vec{a}}En remplaçant le poids par son expression, on obtient : m.\vec{a}=m.{\vec{g}}; d'où \vec{a}=\vec{g}.
• Par définition, les coordonnées des vecteurs vitesse et accélération selon l'axe