TP 01 Physique - FORCES ET TRAVAIL D`UNE FORCE

1. MODELISATION D’UNE ACTION MECANIQUE.
 On ne peut pas voir une force mais uniquement les effets d’une force sur le
mouvement ou la forme d’un objet.
Exemple: La bille en acier a une trajectoire modifiée par la présence de l’aimant. On
visualise l’effet de la force sur le mouvement de la bille.
 On modélise la force par un vecteur, “une flêche” dont la représentation nous permet
de tirer les informations suivantes:
 le point d’application est le point où s’exerce la force;
 la direction et le sens indiquent comment la force s’exerce;
 la “longueur de la flêche” depend de l’intensité de la force.
TP 01 Physique - FORCES ET TRAVAIL D’UNE FORCE
une valeur:
qui dépend de la déformation du tendeur.
L’unité est le Newton (N).
La longueur du vecteur est proportionnelle à la valeur de la force.
un point d’application:
la petite surface de contact entre
sa main et le tendeur.
une direction:
celle de l’élastique
un sens:
de l’élastique
vers Julie
FJulie/élastique.
le doigt sur le poussoir
du stylo.
le pied sur la pédale de
frein.
soulever des haltères
de 100 kg.
un réacteur d’avion
sur les gaz qu’il éjecte.
un moteur de fusée sur
les gaz qu’il éjecte.
1 N
102 N
103 N
105 N
ouvrir une porte de
placard à fermeture
magnétique.
10 N
traction d’une
caravane par une auto
(au démarrage).
104 N
traction d’un convoi
par une locomotive
(au démarrage).
106 N
force exercée par le
Soleil sur la Terre
107 N
3,5 x 1022
EXERCICE 1. Un bricoleur frappe le clou avec une force de 75 N.
Représenter cette force.
Echelle des forces 1 cm <-> 25 N.
EXERCICE 2. Représenter et donner les caractéristiques de la force exercée par la main sur le ressort, sa
chant que la force a pour valeur F = 40,0 N et que l’on prend pour échelle 1 cm = 20 N

 Il existe de nombreuses forces qui assurent la cohésion de notre monde. En cours de ST2S nous allons rencontrer 3 forces particulières:
- le poids p : force d’attraction exercée par la Terre sur tout objet à sa surface;
- la réaction du sol R: force exercée par le sol sur tout objet posé à sa surface;
- les forces de frottement f.
 Le poids a les caractéristiques suivantes.
le point d’application est appelé centre de gravité.
la direction est verticale
le sens est vers le bas
l’intensité p = m x g
avec g l’intensité de la pesanteur; elle s’exprime en N / Kg.
Cette constante varie selon l’endroit où on se trouve.
En France g est de l’ordre de 10 N / Kg.
!Il faut faire attention aux unités, notamment la masse s’exprime en kg.
EXERCICE 3. Un lustre a une masse m = 30 kg.
En déduire son poids.
Echelle des forces 1 cm <-> 100 N
EXERCICE 4. Une balle de golf a une masse m = 10 g. En déduire son poids.
Echelle des forces 4 cm <-> 0,1 N
EXERCICE 5. Une voiture tire sur la remorque au point d’attache avec une force de 10 000 N.
La caravane a une masse de 500 kg.
Les frottements dûent au sol ont pour valeur 2 500 N
Echelle des forces 1 cm <-> 2 500 N.
Gp
p TERRE/HOMME

 On distingue:
- les forces de volume, de surface et ponctuelles;
- les forces de contact et de distance.
Exemples: - La force d’attraction terrestre est responsable de la chute des hommes de l’avion. C’est une force de volume (elle s’exerce sur
tout le volume du corps) et de distance (la Terre exerce son attraction “à distance”).
- La force de poussée de l’homme est responsable de l’avancée du véhicule. C’est une force de surface (elle s’exerce sur toute la
surface de la paume de la main) et de contact (il faut qu’il y ait contact de la main aec la voiture pour que les effets de la poussée
soient ressenties).
EXERCICE 6. Un ouvrier tire sur la corde avec une force de 1 000 N.
Le seau et son contenu a une masse de 800 kg
Echelle des forces 1 cm <-> 400 N.
Préciser pour chacune d’elles, s’il s’agit d’une force de contact,
de distance, de volume, de surface ou ponctuelle.
 Dans les exercices de ST2S on ramène le bilan des forces à un seul point d’application: le centre de gravité de l’objet (le “milieu” de
l’objet). On peut alors demander d’identifier les forces présentes:
Ou bien justifier quel schéma représente correctement la situation.
EXERCICE 7. Polynesie - Juin 2013
Dans le cadre de sa préparation physique, un sportif décide de
faire une sortie en vélo. Un chien traverse brusquement la route
devant le cycliste et l’oblige à freiner pour ne pas le percuter.
Lors de son freinage, le cycliste et son vélo sont soumis à trois
force (voir le schéma de la situation).
Que représentent ces trois forces ?
EXERCICE 8. Métropole - Septembre 2011
Un véhicule se déplace sur une route droite et horizontale. Le véhicule commence à freiner en un point A et s’arrête au point B. Lors du
freinage, le véhicule est soumis à trois forces:
son poids P
la réaction normale de la route R
la force f permettant le freinage.
Sur le schéma ci-dessous, sont représentées les forces exercées sur le véhicule.
Quel est le schéma correct ? Pourquoi ?

2. TRAVAIL D’UNE FORCE
 Pour quantifier les effets d’une force sur le mouvement d’un objet, on définit la notion de travail, par la relation
W = F x l x cos ()
avec W le travail en Joule
F la force qui s’exerce sur l’objet en Newton
l la distance parcourue par l’objet en mètre
 l’angle entre la force et la direction du déplacement.
EXERCICE 9.
1°) Un individu exerce une force de valeur F1 = 8 000 N, sur une distance de 10 m. En déduire le travail de cette force
2°) Un second exerce une force de valeur F3 = 800 N, sur la même distance. En déduire la travail de cette force
3°) Un troisième exerce une force de valeur F3 = 5 000 N, sur la même distance. En déduire la travail de cette force
4°) Préciser le caractère moteur ou résistant.