Variation du vecteur vitesse, somme des forces et chute libre

Lorsque la somme des forces n'est pas nulle

Si la somme des forces exercées sur un système modélisé par un point matériel n'est pas nulle, le vecteur vitesse de ce système varie entre deux instants voisins : sa norme, sa direction, ou les deux, changent au cours du temps.

Cette variation du vecteur vitesse est donc directement liée à l'existence d'une somme de forces non nulle appliquée au système.

Le cas particulier de la chute libre

Un objet est dit en chute libre lorsqu'il n'est soumis qu'à son poids, les autres forces (comme les frottements de l'air) étant négligées.

Dans ce cas, la somme des forces se réduit au seul poids, qui n'est pas nul : le vecteur vitesse de l'objet varie donc en permanence au cours de sa chute.

La direction de la variation du vecteur vitesse

Pour un objet en chute libre, le vecteur variation de vitesse entre deux instants voisins est colinéaire au poids et de même sens que lui, c'est-à-dire vertical, dirigé vers le bas.

Cette propriété reste vraie que l'objet soit lâché sans vitesse initiale, ou qu'il soit lancé avec une vitesse initiale non verticale : dans les deux cas, la variation du vecteur vitesse reste verticale, vers le bas.

Exploiter une vidéo ou une chronophotographie

En mesurant les positions successives d'un objet en chute libre à intervalles de temps égaux, on peut calculer les vecteurs vitesse à différents instants, puis observer leur variation, ce qui permet de vérifier expérimentalement le lien entre cette variation et le poids de l'objet.

L'essentiel

Une somme de forces non nulle entraîne une variation du vecteur vitesse entre deux instants voisins.
En chute libre, seul le poids s'exerce : le vecteur variation de vitesse est vertical, dirigé vers le bas, comme le poids.
Cette propriété est valable avec ou sans vitesse initiale.
Piège classique : un objet lancé horizontalement en chute libre voit son vecteur vitesse changer de direction au cours du temps, mais la variation de ce vecteur reste toujours verticale, vers le bas.

Le modèle du point matériel et le principe d'inertie