En physique, une force n'existe jamais seule. Quand un objet A exerce une force sur un objet B, B exerce simultanément une force sur A. Les deux forces forment une paire action-réaction — c'est la 3ème loi de Newton.
Si l'objet A exerce une force FA→B→ sur B, alors B exerce simultanément sur A une force FB→A→ de même droite d'action, de même norme, mais de sens opposé.
La notation FA→B→ se lit : « force exercée par A sur B ». Le signe « − » signifie que les deux vecteurs sont opposés en sens, pas en valeur absolue.
| Propriété | FA→B→ | FB→A→ |
|---|---|---|
| Droite d'action | Identique (même droite) | |
| Norme | ‖FA→B‖ = ‖FB→A‖ | |
| Sens | → | ← (opposé) |
| Point d'application | Sur B | Sur A |
| Simultanéité | Les deux forces existent en même temps | |
Les deux forces de la paire ne s'annulent pas, car elles s'appliquent
sur des objets différents.
Pour qu'une force annule une autre, elles doivent toutes les deux agir
sur le même objet. Ce n'est pas le cas ici :
FA→B→ agit sur B,
FB→A→ agit sur A.
Ce sont deux bilans de forces distincts.
Un cheval tire une charrette. Par la 3ème loi, la charrette tire le cheval en retour, avec la même force. Alors pourquoi l'ensemble avance-t-il ?
La réponse : on regarde le mauvais bilan. Pour savoir si la charrette avance, il faut examiner toutes les forces qui s'appliquent sur la charrette : la traction du cheval (vers l'avant) et le frottement du sol (vers l'arrière). Si la traction dépasse le frottement, la charrette accélère — point. La force que la charrette exerce sur le cheval ne rentre pas dans ce bilan.
Règle d'or : pour appliquer la 3ème loi, toujours nommer précisément les deux objets et indiquer qui exerce sur qui. « Le sol pousse le pied » et « le pied pousse le sol » sont deux forces sur deux objets différents — ne jamais les mélanger dans un même bilan.
Nager : la main pousse l'eau vers l'arrière (Fmain→eau), l'eau pousse la main vers l'avant (Feau→main) — ce qui fait avancer le nageur.
Fusée : la fusée éjecte des gaz vers le bas ; les gaz poussent la fusée vers le haut. Pas besoin d'air — ça marche dans le vide spatial.
Rebond d'une balle : la balle appuie sur le sol, le sol repousse la balle vers le haut. La balle rebondit parce que le sol est bien plus massif : même force, mais accélération infime pour le sol (F = ma → a = F/m, m sol ≈ ∞).
La 3ème loi de Newton implique la conservation de la quantité de mouvement (p→ = m·v→). Dans un système isolé (aucune force extérieure), la somme des quantités de mouvement ne change pas. C'est pourquoi une explosion en apesanteur projette les fragments symétriquement : Σ pinitial = 0 → Σ pfinal = 0. La fusée elle-même repose sur ce principe : elle n'a pas besoin de « pousser contre quelque chose ».
