Module 2

Module 2
Dynamique
Définitions
• Dynamique :
• Force (F) :
Étude des forces et
des effets qu’elles
ont sur le
mouvement
Une poussée ou une
traction
• Force de gravité (Fg) : Force
d’attraction
entre tous les
objets
• Force normale (FN) :
Force
perpendiculaire
au plan
• Frottement (Ff) : Force qui
s’oppose au
mouvement
• Force nette (Fnette) ou Force
résultante (FR) :
Somme de toutes les
forces agissant sur un
objet
• Tension (FT) : Force exercée par
des matériaux qui
peuvent être étirés
(cordes, fibres,
ressorts, câbles)
• Frottement statique (FS) :
Force qui cherche à empêcher un
objet immobile de se mettre en
mouvement
• Frottement cinétique (FC) :
Force qui ralentit un objet en
mouvement
• Diagramme de forces :
Diagramme montrant toutes les
forces agissant sur un objet
Mise en situation 1
• Un attelage de chiens
tire un traîneau chargé
vers le haut d’une colline
enneignée, comme le montre la
figure ci-dessous. Chacun des
quatre vecteurs représente la
grandeur et la direction d’une
force agissant sur le traîneau.
Nomme chacune des forces.
Mise en situation 2
• Un enfant pousse
horizontalement une boîte,
mais cette boîte ne bouge pas.
Pourquoi ? Quelles forces
agissent sur la boîte ? La
force résultante agissant sur
cette boîte est-elle égale à
zéro ? Pourquoi ?
Mise en situation 3
• Tu appliques une force
horizontale sur le côté de ton
manuel de physique, tout juste
suffisante pour le faire avancer
lentement à vitesse constante.
Comment devras-tu modifier la
force pour permettre à deux
manuels identiques, l’un sur
l’autre, de se déplacer à vitesse
constante ?
Exemples
1) Tu lances une balle vers le
haut à la verticale. Trace un
diagramme de forces de la
balle juste avant qu’elle ne
quitte ta main.
2) Un enfant applique une force
horizontale sur une chaise qui
demeure immobile. Trace un
diagramme de forces pour la
chaise.
3) Un enfant tire un traîneau à
vitesse constante et avec une
force parallèle à la pente. Trace
un diagramme de forces pour le
traîneau.
4) En frappant un ballon de volleyball, un joueur applique une force
moyenne de 9,9N à 33° au-dessus
de l’horizontale pendant 5ms. La
force de gravité exercée sur le
ballon est de 2,6N vers le bas.
Détermine la force nette sur le
ballon au moment où le joueur le
frappe.
5) Un déménageur pousse une
cuisinière sur un plancher de
cuisine à une vitesse vectorielle
constante de 18 cm/s [avant]. Il
exerce une force horizontale de
85 N [avant]. La force de gravité
sur la cuisinière est de 447 N
[bas]. Détermine la force normale
et la force de frottement
agissant sur la cuisinière.
Devoir
• Page 73 #4
• Page 75 #7 et 9
• Page 76 #4, 5 bd et 6
Lois de Newton
• 1re loi de Newton : Un objet au
repos à tendance à rester au
repos et un objet en MRU à
tendance à rester en MRU si
FR = 0.
Corps à l’équilibre
• Tout objet sur lequel s’exerce
une force nette nulle est en
état d’équilibre. L’équilibre est
la propriété d’un objet qui ne
subit aucune accélération.
L’objet peut rester au repos ou
se déplacer à vitesse
vectorielle constante.
Questions
• Un avion à réaction de 12
passagers ayant une masse de
1,6x104 kg se déplace à une
vitesse vectorielle constante de
850 km/h [E] tout en
maintenant une altitude
constante. Quelle force nette
agit sur l’avion ?
• Tu exerces une force de 45 N
[vers le haut] sur ton sac à dos,
le faisant se déplacer vers le
haut avec une vitesse
vectorielle constante.
Détermine la force de gravité
sur le sac.
• 2e loi de Newton : Si une force
nette est appliquée sur un objet,
cet objet aura une accélération
dans le même sens que la force.
L’accélération sera directement
proportionnelle à la force et
inversement proportionnelle à la
masse. (FR = ma)
Questions
• La masse d’une montgolfière
y compris celle des passagers est de
9,0x102 kg. La force de gravité
agissant sur le ballon est de 8,8x103 N
[vers le bas]. La masse volumique de
l’air à l’intérieur du ballon est réglée
au moyen de la chaleur produite par un
brûleur de façon à donner au ballon
une force de flottabilité de 9,9x103 N
[vers le haut]. Détermine
l’accélération verticale du ballon.
Le poids
• Le poids d’un objet est égal
à la force de gravité
agissant sur cet objet.
• (Fg = mg)
Exemple
• Quel est le poids d’une dinde
de 5,5 kg?
• 3e loi de Newton : À toute
action, il y a une réaction de
même grandeur mais de sens
opposé.
Devoir…
• Page 81 # 3, 4, 6 et 9
• Page 83 # 10, 11 et 12
• Page 84 # 15, 16 et 17
• Page 87 # 1 à 4, 5ab et 6
Plans inclinés
Ex :
a)
4 kg
Vi = 0
Ff = 8 N
a=?
20°
b)
3 kg
Vi = 0
Ff = 2 N
d=5m
t=?
30°
c)
Vi = 2 m/s
Ff = 2 N
d=?
2 kg
25°
d)
4 kg
Vi = 0
Ff = 5 N
d=1m
20°
Vf = 0
Ff = 8 N
d=?
e)
5 kg
Vi = 2 m/s
Ff = 10 N
d=2m
45°
Vf = 0
Ff = 10 N
d=?
f)
80 kg
Vi = 4
Ff = 20 N
d = 20 m
60°
Vf = 0
Ff = 40 N
d=?
Ff = 10 N
d = 20 m
30°
Devoir…
• Feuille de travail
Tension
• Déterminer l’accélération du système
et la tension dans la corde
a)
m = 1 kg
m = 3 kg
b)
Ff = 5N
m = 5 kg
m = 3 kg
c)
2kg
4 kg
F = 20N
Exemple
• Les traîneaux A et B sont reliés par
une corde à l’horizontale, A se trouvant
devant B. Le traîneau A est tiré vers
l’avant par une corde à l’horizontale
supportant une tension de 29N. Les
masses de A et de B sont de 6,7 kg et de
5,6 kg respectivement. Les grandeurs du
frottement de A et de B étant de 9N et
de 8N respectivement, calcule
l’accélération du système constitué par les
deux traîneaux et la tension dans la corde
reliant les traîneaux.
Exemple
• Tu attaches une pièce de un dollar
(m=6,99g) et une pièce de dix cents
(m=2,09g) aux deux extrémités d’un fil.
Tu places le fil au-dessus d’une tige
horizontale lisse en le tendant fermement.
Finalement, tu relâches le tout, laissant la
pièce de un dollar tomber et la pièce de
dix cents monter. Le frottement entre le
fil et la tige est négligeable. Détermine la
grandeur de l’accélération des pièces de
monnaie et la tension dans le fil.
Exemple
• Dans une activité à la patinoire, derrière
chaque enfant se trouve un parent qui se
prépare à pousser horizontalement pour
déterminer qui pourra pousser son enfant le
plus loin. Dans cette épreuve, une des
mères a une masse de 61kg et sa fille, une
masse de 19kg. Les deux patineuses
subissent un frottement négligeable quand
leurs patins pointent directement vers
l’avant. Au son de la cloche, la mère pousse
l’enfant avec une force appliquée constante
d’une grandeur de 56N pendant 0,83s.
Détermine l’accélération de la fille, celle de
la mère et la vitesse vectorielle maximale
de la fille.
Devoir…
• Page 92 # 2, 4, 5 et 6
• Page 94 # 9 et 10
• Pages 95 et 96 # 2, 3 (tension),
5, 7, 8, 10 et 11
• Page 117 # 8
Coefficients de frottement
• La valeur du coefficient de
frottement dépend de la nature
des deux surfaces de contact
μ = Ff
FN
• Voir Tableau 1 à la page 98
Exemple
• Une caisse de poissons ayant une
masse de 18kg repose sur le plancher
d’un camion de livraison. Les
coefficients de frottement entre la
caisse et le plancher sont μs = 0,45 et
μc = 0,41. Quelle est la force de
frottement et l’accélération si l’on
applique une force horizontale de
75N [E] ? Une force horizontale de
95N [E] ?
Devoir…
• Page 101 # 3 et 4
• Page 118 # 14
• Feuille de travail
Systèmes de référence inertiels
et non inertiels
• Système de référence inertiel:
système dans lequel la 1re loi de
Newton s’applique (système au
repos ou en MRU)
• Système de référence non
inertiel :
système dans lequel la 1re loi de
Newton ne s’applique pas (un
système accélère par rapport à
un autre qui est au repos)
Exemple
• Trace le diagramme de forces de
chacune des balles par rapport au
système de référence de l’autobus.
L’autobus et la balle se
déplacent à vitesse constante.
(par rapport à l’autobus, la
balle est au repos)
Lorsqu’on freine, l’autobus
ralentit et la balle cherche à
aller vers l’avant. (par
rapport à l’autobus, la balle
accélère vers l’avant)