Forces et effets d`une force
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Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Forces et effets d’une force M. Vanden Driessche Année 2005/2006 M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Actions s’exerçant sur un système Définition d’un système Deux types d’actions Le vecteur force Définition Exemples de forces Les effets des forces Déformation d’un objet Modification de la vitesse du centre d’inertie d’un solide Mise en rotation d’un solide autour d’un axe fixe M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Définition d’un système Deux types d’actions I- Actions s’exerçant sur un système M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Définition d’un système Deux types d’actions I-1. Définition d’un système M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Définition d’un système Deux types d’actions Un système est une partie délimitée de l’Univers. Le choix du système détermine l’inventaire des actions qui s’y exercent. Nous étudierons en particulier : I les solides indéformables de masse constante ; I les ressorts, seuls solides déformables considérés cette année. Leur poids sera négligé devant les autres forces ; M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Définition d’un système Deux types d’actions I-2.Deux types d’actions M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Définition d’un système Deux types d’actions Lorsque deux systèmes A et B sont en interaction, A exerce une action sur B, et B exerce une action sur A. Les interactions entre les deux systèmes (et donc les actions d’un système sur un autre) se classent en deux catégories. M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces I Définition d’un système Deux types d’actions Actions à distance Les actions à distance d’un objet sur un autre ne nécessitent pas que les objets soient en contact. M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces I Définition d’un système Deux types d’actions Actions à distance Les actions à distance d’un objet sur un autre ne nécessitent pas que les objets soient en contact. Exemple : L’interaction gravitationnelle, l’interaction coulombienne. M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces I Définition d’un système Deux types d’actions Actions à distance Les actions à distance d’un objet sur un autre ne nécessitent pas que les objets soient en contact. Exemple : L’interaction gravitationnelle, l’interaction coulombienne. Les actions s’effectuant à distance agissent sur toutes les parties du solide : elles sont réparties en volume. M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Définition d’un système Deux types d’actions I Actions à distance Les actions à distance d’un objet sur un autre ne nécessitent pas que les objets soient en contact. Exemple : L’interaction gravitationnelle, l’interaction coulombienne. Les actions s’effectuant à distance agissent sur toutes les parties du solide : elles sont réparties en volume. I Actions de contact Les actions de contact ne sont possibles que s’il y a contact entre deux systèmes différents. Elles s’exercent alors sur toute la surface séparant les deux corps : ce sont des actions réparties en surface. M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Définition d’un système Deux types d’actions I Actions à distance Les actions à distance d’un objet sur un autre ne nécessitent pas que les objets soient en contact. Exemple : L’interaction gravitationnelle, l’interaction coulombienne. Les actions s’effectuant à distance agissent sur toutes les parties du solide : elles sont réparties en volume. I Actions de contact Les actions de contact ne sont possibles que s’il y a contact entre deux systèmes différents. Elles s’exercent alors sur toute la surface séparant les deux corps : ce sont des actions réparties en surface. Exemple : L’action d’un clou sur une planche en bois, des rails sur les roues d’un train ou d’une ficelle sur l’objet qui lui est attaché sont des actions de contact solide-solide. M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Définition Exemples de forces II- Le vecteur force M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Définition Exemples de forces II-1. Définition M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Définition Exemples de forces Une action d’un système sur un autre est modélisée par un vecteur, appelé vecteur force. Ses caractéristiques sont les suivantes : I direction I sens I valeur : exprimée en newton (N), elle caractérise l’intensité de l’action I point d’application (pour certaine forces) M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Définition Exemples de forces Une action d’un système sur un autre est modélisée par un vecteur, appelé vecteur force. Ses caractéristiques sont les suivantes : I direction I sens I valeur : exprimée en newton (N), elle caractérise l’intensité de l’action I point d’application (pour certaine forces) Pour les forces de contact, il n’est pas possible de définir a priori un point d’application, sauf dans le cas particulier d’un contact ponctuel, comme pour la force exercée par un fil ou un ressort. Sauf précisions contraires, la force modélisant l’action d’un ~ . système A sur un système B est notée FA/B M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Définition Exemples de forces II-2. Exemples de forces M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Définition Exemples de forces Poids d’un objet Le poids d’un objet modélise une action à distance : c’est la force d’attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur tout objet placé dans son voisinage immédiat. I Direction et sens : verticale de haut en bas I Valeur : P = mg avec g = 9, 8N.kg −1 la valeur moyenne de la pesanteur (elle varie selon le lieu) et m la masse de l’objet en kg. I Point d’application : le centre de gravité G. Ce point est le centre des corps à répartition sphérique de masse. M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Définition Exemples de forces Poussée d’Archimède (action de contact) La poussée d’Archimède F~A est la somme vectorielle des forces de pression qu’exerce un fluide sur la surface d’un corps immergé dans ce fluide. M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Définition Exemples de forces Poussée d’Archimède (action de contact) La poussée d’Archimède F~A est la somme vectorielle des forces de pression qu’exerce un fluide sur la surface d’un corps immergé dans ce fluide. Un corps immergé dans un fluide (gaz ou liquide) subit la poussée d’Archimède. Le vecteur force associé est l’opposé du poids du fluide déplacé par le corps immergé : ~ fluide F~A = −P M. Vanden Driessche déplacé Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Définition Exemples de forces Poussée d’Archimède (action de contact) La poussée d’Archimède F~A est la somme vectorielle des forces de pression qu’exerce un fluide sur la surface d’un corps immergé dans ce fluide. Un corps immergé dans un fluide (gaz ou liquide) subit la poussée d’Archimède. Le vecteur force associé est l’opposé du poids du fluide déplacé par le corps immergé : ~ fluide F~A = −P déplacé La valeur de la poussée d’Archimède a donc pour expression : ρ masse volumique du fluide en kg .m−3 V volume du corps immerg é dans le fluide en m3 F~A = −ρV ~g g valeur de la pesanteur en N.kg −1 M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Définition Exemples de forces Force de contact exercée par un solide sur un autre solide Deux solides A et B sont en contact sur une surface S. La force ~ qu’exerce le solide B sur le solide A peut être considérée RB/A comme la somme vectorielle de deux forces : ~ =N ~ +T ~ RA/B ~ et T ~ sont les composantes respectivement normales et N ~ .T ~ , que l’on nomme également ~f , est la tangentielles de RB/A force de frottement solide-solide. M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Déformation d’un objet Modification de la vitesse du centre d’inertie d’un solide Mise en rotation d’un solide autour d’un axe fixe III- Les effets des forces M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Déformation d’un objet Modification de la vitesse du centre d’inertie d’un solide Mise en rotation d’un solide autour d’un axe fixe III-1. Déformation d’un objet M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Déformation d’un objet Modification de la vitesse du centre d’inertie d’un solide Mise en rotation d’un solide autour d’un axe fixe Sous l’effet de deux forces, un solide peut être déformé sans qu’il n’acquière un mouvement. M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Déformation d’un objet Modification de la vitesse du centre d’inertie d’un solide Mise en rotation d’un solide autour d’un axe fixe III-2. Modification de la vitesse du centre d’inertie d’un solide M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Déformation d’un objet Modification de la vitesse du centre d’inertie d’un solide Mise en rotation d’un solide autour d’un axe fixe Cette propriété a déjà été étudiée en classe de 2nde . Si la somme vectorielle des forces qui s’exercent sur un solide n’est pas nulle, alors la vitesse vG du centre d’inertie G du solide dans un référentiel galiléen varie en direction, sens et/ou valeur. M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Déformation d’un objet Modification de la vitesse du centre d’inertie d’un solide Mise en rotation d’un solide autour d’un axe fixe III-3. Mise en rotation d’un solide autour d’un axe fixe M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force Actions s’exerçant sur un système Le vecteur force Les effets des forces Déformation d’un objet Modification de la vitesse du centre d’inertie d’un solide Mise en rotation d’un solide autour d’un axe fixe Pour mettre un solide en rotation autour d’un axe fixe, un observateur doit lui appliquer au moins une force dont la droite d’action ne coupe pas l’axe de rotation, et n’est pas parallèle à l’axe. M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force
