II. Modélisation d'une action mécanique : vecteur force

2S Cours
Physique
Chap4 : Interactions entre objets :
forces
Dans les chapitres précédents, nous avons appris à caractériser précisément
le mouvement d'un système physique (trajectoire, vitesse, vitesse
angulaire, accélération...). Nous allons dans ce chapitre nous intéresser à
la cause des mouvements en développant la notion d'interactions entre
objets et de forces appliquées à un système.
I. Manifestations d'une action mécanique
On appelle action mécanique une action exercée par un objet 1 (appelé
l' « ........................... ») sur un autre objet 2 (appelé le
« ............................... »). Une action mécanique se manifeste par
ses effets. 1. Effets statiques (objet au repos) : compléter le tableau suivant
l'exemple |Situations | |[pic] |[pic] |[pic] |
| | | | | |
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|Actions |Un élève tire |On appuie sur la|On suspend une |On pose un livre |
| |sur le ressort |pâte à modeler |boule à un fil |sur une table |
|Objet 1 | | | | |
|« auteur » |élève | |fil | |
|Objet 2 | | | | |
|« receveur |ressort |pâte à modeler | |livre |
|» | | | | |
| | | | | |
|Effets sur |Le ressort se | | | |
|l'objet 2 |déforme | | | |
| |(s'allonge ici) | | | |
Une action mécanique peut ..................................... un objet
ou .................................... son mouvement.
2. Effets dynamiques (objet en mouvement) : compléter le tableau suivant
l'exemple |Situations |[pic] | |[pic] |
| | | | |
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|Actions |Un élève |On tire sur le fil |Un élève place un aimant à côté |
| |lâche une |attaché à la porte |d'une bille en acier initialement |
| |balle | |en mouvement |
|Objet 1 | | | |
|« auteur » |Terre | |aimant |
|Objet 2 | | | |
|« receveur |balle |porte | |
|» | | | |
| | | | |
|Effets sur |La balle | | |
|l'objet 2 |tombe | | |
| | | | |
Une action mécanique peut mettre un objet en
.............................. ou ....................................
son mouvement. Modélisation d'une action mécanique : vecteur force |Etude d'un exemple | |
| | |
|Un camarade tire sur le fil. | |
|On peut représenter l'action mécanique exercée par| |
|le fil (auteur) sur Mathilde (receveuse) par : | |
|un vecteur force [pic] représenté par une flèche | |
|et caractérisé par : | |
|a) Son point d'application : ici | |
|.................................. | |
|b) Sa direction : ici | |
|................................................. | |
| | |
|c) Son sens : ici | |
|..................................................| |
|... | |
|d) Sa longueur (ou norme) F : traduisant | |
|l'intensité de l'action (force) | |
Rem : la droite définie par la direction et le point d'application de la
force s'appelle la droite d'action de la force.
1. Unité, intensité et mesure des forces Dans le Système International (SI) l'unité de force est :
................................................ Symbole :
..................... |Rem : on mesure l'intensité d'une force avec un | |Dynamomètre |
|dynamomètre dont la déformation est proportionnelle | |circulaire |
|à l'intensité de la force qu'on lui applique. | | |
| | | |
| | | |
|Ordres de grandeur | | |
|Le Newton n'étant pas une unité très « parlante », | | |
|il très pratique de se représenter la valeur d'une | | |
|force à partir de la relation entre masse et poids | | |
|vue au collège. | | |
|P (en N) = m (en kg)*g (avec g = 10 N/kg sur la | | |
|Terre). | | |
| | | |
|Ainsi, une force de 1 N correspond au poids d'une | | |
|masse de .......... g. | | |
| | | |
|Exo 1 : voici des situations données en vrac. | | |
|Associer à chaque valeur de la force indiquée sur | | |
|l'axe la situation correspondante. | | |
Poids d'un home / décollage fusée / motrice TGV / poids d'un
litre d'eau / élastique tendu / cheval en plein effort
[pic] 2. Actions mécaniques « localisées »
Une action mécanique est dite localisée si elle s'applique en un point
déterminé.
Rem : en pratique, elle s'exerce sur une surface de petite dimension que
l'on peut assimiler à un point appelé point d'application de la force. |[pic] | |[pic] |
| |A et B sont les | |
| |points | |
| |d'application des| |
| |forces | |
| |[pic] et [pic]| |
| | | |
3. Actions mécaniques « réparties »
Une action mécanique est dite répartie si elle s'exerce sur une surface de
grande dimension ou sur la totalité d'un volume.
Rem : en pratique, elle peut être modélisée par un vecteur force unique de
point d'application en général inconnu sauf dans les cas particuliers
suivants : |Ex1 : réaction d'un support (surface) |Ex2 : poids d'un corps |
|La ....................... exerce sur |La .........................exerce sur le |
|le livre une infinité de forces |solide S une infinité de forces [pic]1, |
|réparties [pic]1, [pic]2, ...[pic]n. |[pic]2, ... [pic]n sur chaque élément de |
|L'action mécanique exercée par la |matière. L'action mécanique exercée par la |
|..................... sur le livre |..................... sur le corps peut |
|peut être représentée par une force |être représentée par une force unique |
|unique [pic]=[pic]1 + [pic]2 + ... + |[pic]=[pic]1 + [pic]2 + ... + [pic]n. |
|[pic]n. | |
| |[pic]est la réaction | |[pic]est le poids total du |
| |de la table sur le | |solide. |
| |livre. C'est une force| |C'est une force répartie sur |
| |répartie sur toute la | |t