Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 1 sur 19 SOMMAIRE 1. Science physique 2. Mécanique 3. Les forces 4. Différents types de forces 5. Représentation graphique d’une force 6. Principe action – réaction 7. Composition de forces Cliquez ici pour commencer le cours Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 2 sur 19 1 - Science physique • La science physique a pour objet l’étude de la matière et de l’espace temps. • Les différents chapitres de la physique sont les suivants : Métrologie (mesure des grandeurs), Mécanique, Etude de la structure de la matière, Thermodynamique, Physique vibratoire, Electricité, Acoustique, Optique, Physique nucléaire,……. Page précédente Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 3 sur 19 2 - Mécanique Au sens des sciences physiques, la mécanique a pour objet l’étude des mouvements des corps, leurs relations et les forces qui les produisent. Elle comprend 3 parties : -la statique -la cinématique -la dynamique Page précédente Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 4 sur 19 3 - Les forces Ce sont des causes qui produisent des effets. On ne voit pas les forces, on observe leurs effets. • Les effets peuvent être : - la création d’un mouvement la modification d’un mouvement le maintien en équilibre d’un solide la déformation d’un solide • L’effet d’une force dépend de ses caractéristiques : - sa direction (ou ligne d’action) son sens son intensité son point d’application Page précédente Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 5 sur 19 • L’intensité d’une force s’exprime en Newton, notée N. Souvent, on utilise des préfixes : − déca, qui signifie 10 et qui se note «da » : 10 N = 1 daN − kilo, qui signifie 1 000 et qui s ‘écrit « k » : 1 000 N = 1 kN • L’intensité d’une force peut être mesurée avec un dynamomètre. Le principe du dynamomètre est basé sur la proportionnalité entre la force appliquée à un ressort et l’allongement que cela provoque. • Synonymes de "force": Suivant le contexte, une force peut prendre différents noms : Ex. action - effort - réaction - traction - poussée - tension - … Page précédente Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 6 sur 19 4 - Différents types de forces Une force peut être : - de contact ou à distance Ex. : L’action d’un solide sur un autre solide représente une force de contact. L’attraction d’un aimant sur un objet métallique est une force à distance. - localisée ou répartie Ex. : Le pied d’un footballeur exerce sur le ballon une force localisée. Le vent exerce sur la voile d’un bateau une force répartie. Page précédente Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 7 sur 19 5 - Représentation graphique d’une force : le vecteur Une force se représente par un vecteur. • Un vecteur est un segment de droite orienté (qui a une direction donnée) B V A • Il a une origine et une extrémité, ce qui lui détermine un sens. • On note AB = V : A est l'origine, B est l'extrémité Page précédente Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 8 sur 19 Une force F se note F • La direction de la force est confondue avec sa ligne d’action. • Le sens du vecteur force est celui avec lequel agit la force. • La longueur du vecteur est proportionnelle à l’intensité de la force qu’il représente. EX. Si une force de 10 N est représentée par un vecteur de 3 cm, une force de 20 N sera représentée par un vecteur de 6 cm. • F désigne l’intensité de la force F. • Le point d’application de la force est matérialisé : − soit par l’origine du vecteur force − soit par l’extrémité du vecteur force Page précédente Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 9 sur 19 6 - Principe action – réaction Quand un corps A exerce sur un corps B une force FA/B, le corps B exerce sur le corps A une force FB/A telle que : • les 2 forces ont : − même ligne d’action (elles sont colinéaires) − même intensité − même point d’application • elles sont de sens opposé Page précédente Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 10 sur 19 7 - Composition de forces D’une manière générale, un solide est soumis à plusieurs forces, à un système de forces. • Pour analyser l’effet de ce système de forces, on détermine la résultante des forces; c’est une force équivalente. • Cette force équivalente aurait le même effet que l’ensemble de toutes les forces. Page précédente Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 11 sur 19 Détermination de la résultante 1 - Cas de 2 (ou plusieurs) forces de même direction et de même sens : − Les forces étant sur le même support ou sur des supports parallèles, la résultante est portée par un support parallèle, elle a donc même direction. − Les forces ayant toutes le même sens, la résultante a le même sens que les forces du système. − L’intensité de la résultante est la somme des intensités des différentes forces. Page précédente Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 12 sur 19 2 - Cas de 2 forces de même direction et de sens opposé : − Les forces étant sur le même support ou sur des supports parallèles, la résultante est portée par un support parallèle, elle a donc même direction. − La résultante a le même sens que la force de plus grande intensité. − L’intensité de la résultante est égale à la différence des intensités des 2 forces. En généralisant, l’intensité de la résultante est égale à la somme algébrique des intensités des différentes forces: - on choisit arbitrairement un sens positif - les intensités des forces ayant même sens sont comptées positivement - les intensités des forces de sens opposé sont comptées négativement. Page précédente Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 13 sur 19 3 - Cas général de 2 forces n'ayant pas la même direction: F2 F1 Deux méthodes permettent de déterminer la résultante de 2 forces n'ayant pas la même direction: − la méthode du parallélogramme − la méthode du polygone des forces, qui s'applique également à un système à plus de 2 forces. Page précédente Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 14 sur 19 1ère méthode: méthode du parallélogramme : 1°) Tracer 2 vecteurs égaux aux vecteurs représentants F1 et F2 (mêmes directions, mêmes sens, mêmes longueurs) ayant même origine. Construction Page précédente Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 15 sur 19 2°) Terminer le parallélogramme ainsi esquissé : Construction F2 F1 Page précédente Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 16 sur 19 3°) Tracer la diagonale du parallélogramme ayant même origine que les 2 vecteurs de base : Construction F2 F1 Le vecteur F3 ainsi obtenu représente la somme géométrique des 2 vecteurs représentant respectivement les forces F1 et F2. C’est un vecteur représentant la résultante des forces F1 et F2 . Page précédente Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 17 sur 19 2ème méthode: méthode du polygone des forces (à privilégier, surtout dans le cas d'un système de plus de 2 forces) 1°) Positionner le deuxième vecteur au bout du premier (l’origine du deuxième coïncide avec l’extrémité du premier) : Construction Page précédente Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 18 sur 19 2°) Joindre l’origine du premier vecteur à l’extrémité du second : F2 Construction F1 Le vecteur F3 ainsi obtenu représente la somme géométrique des 2 vecteurs représentant respectivement les forces F1 et F2. C’est un vecteur représentant la résultante des forces F1 et F2 . Page précédente Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 19 sur 19 Généralisation au cas de 3 forces (ou plus) : F3 F3 F2 Suite F1 F1 1 - Système de forces F2 2 - Mise bout à bout des vecteurs (extrémité de l'un = origine du suivant) F3 3 - F4 est la résultante des forces F1, F2 et F3 F4 F1 F2 Cette méthode est la construction d'une somme géométrique (ou vectorielle). Page précédente Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 1 sur 2 Glossaire Cinématique : Etude des mouvements sous leur aspect descriptif (sans se préoccuper des causes qui les créent) Dynamique : Etude de la relation entre les forces et les mouvements qu ‘elles engendrent. Equilibre : Etat d’un corps au repos. Equilibre et mouvement sont 2 mots de sens opposé. Mouvement : Un point matériel, ou un solide, est en mouvement si, à 2 instants différents, sa position par rapport à un repère est différente. Sortie du glossaire Page suivante Physique, Mais c’est bien sûr ! TFS : DT01-162001.01 Les forces, ça se maîtrise Page 2 sur 2 Proportionnalité : Caractère des grandeurs proportionnelles entre elles. Proportionnel(le) : qualifie une grandeur, une quantité liée à une autre par un rapport déterminé (proportion). • L’allongement d’un ressort est proportionnel à l’intensité de la force qu’on applique au ressort. • La longueur d’un vecteur est proportionnelle à l’intensité de la force qu’il représente (échelle). Statique : Etude des systèmes en équilibre. On dit encore « au repos ». Vecteur : « outil » mathématique, servant à matérialiser des grandeurs orientées. Il est représenté par un segment de droite orienté : • La droite qui le supporte définit la direction, • Une flèche indique le sens, • La longueur du segment définit le module. Sortie du glossaire Page précédente