FORCES exercées sur un solide I

1S AP
FORCES exercées sur un solide
Une personne tire sur un ressort, celui-ci se déforme.
Une personne pousse une voiture, la voiture se met en mouvement.
Une raquette frappe dans une balle, la balle change de direction.
Dans tous ces exemples, quelqu'un ou quelque chose exerce une force sur un solide.
Une action mécanique exercée sur un solide peut le déformer ou modifier son
mouvement.
Une action mécanique peut être modélisée par une force.
I CARACTÉRISTIQUES D'UNE FORCE
1) forces de contact ou forces à distance
a) forces de contact
Ce sont des forces qui s’exercent tant que le contact existe.
Ces actions mécaniques peuvent être localisées ou reparties.
Ex 1 : force exercée par une voiture sur une remorque
Ex 2 : force exercée par la raquette sur la balle
Ex 3 : force exercée par une table sur un livre
b) forces à distance
Ce sont des forces qui s’exercent sans qu’un contact soit nécessaire.
On pourra rencontrer 3 types de forces à distance :
- les forces gravitationnelles
ex : la force exercée par le Soleil sur la Terre ; la force exercée par la Terre sur un ballon
- les forces électriques
La force exercée par un corps chargé électriquement sur un autre corps chargée électriquement.
- les forces magnétiques
Exemple : la force exercée par un aimant sur un objet en fer…
2) valeur d'une force
On mesure la valeur d’une force avec un dynamomètre.
La valeur d'une force s'exprime en Newton.
Exemples :
Valeur de la
Valeur de la
Valeur de la
Valeur de la
Valeur de la
Valeur de la
force
force
force
force
force
force
exercée
exercée
exercée
exercée
exercée
exercée
par
par
par
par
par
par
un doigt sur le bouton poussoir d'un stylo : 1 N
un pied sur la pédale d'un vélo : 100 N
un pied sur un ballon de foot : 1 500 N
le moteur d'un avion sur les gaz éjectés : 105 N
le moteur d'une fusée sur les gaz éjectés : 107 N
la Terre sur la Lune : 2 . 1020 N
3) vecteur force
Une force est caractérisée par :
son point d’application
sa direction
son sens
sa valeur exprimée en Newtons
1
Une force peut donc être représentée par un vecteur, appelé le vecteur force.
Ostralo, jeux 1S, représentation de forces
http://www.ostralo.net/4_exercices_jeux/premiereS_physique/physIIA2/physIIA2_001_representation_f
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4) exemple de force : le poids
Le poids est la force exercée par la Terre sur un corps qui est à proximité de sa surface. On
la note P .
Cette force dépend de la masse du corps et de l’endroit où il se trouve.
- point d’application : centre de gravité
€ - direction : verticale
- sens : vers le bas
- norme : P = m g
avec m la masse de l'objet en kg
et g intensité de la pesanteur au point considéré en N.kg-1
5) résultante des forces
On appelle résultante de deux ou plusieurs forces exercées sur un solide, la force unique
capable de produire les mêmes effets sur le solide que les autres agissant ensemble.
La résultante des forces est égale à la somme vectorielle des forces exercées sur le
solide.
II INTERACTIONS ET FORCES
Lorsque deux objets A et B sont en interaction, on peut modéliser cette interaction par
des forces :
- la force exercée par A sur B
- la force exercée par B sur A
Remarque : Lorsqu’un corps A exerce sur un corps B la force
corps A une force
telle que
= -
le corps B exerce sur le
(3ème loi de Newton qui sera vu en TS).
exemples
Exemple n° 1 : Interaction de contact solide / sol.
Un solide, immobile par rapport à la Terre, appuie sur le sol
horizontal avec une force
soutient le solide, avec une force
. Réciproquement, le sol
.
Exemple n° 2 : interaction gravitationnelle entre la Terre et
la Lune.
Pour étudier le mouvement du solide A, il faut faire le bilan des forces exercées sur A.
On commence toujours un exercice de mécanique en précisant le référentiel étudié et le
système étudié.
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III FORCES et MOUVEMENT
1) modification du mouvement
a) exemple de changement de vitesse
Un objet en chute libre est soumis à son poids ( = force exercée par la Terre sur l'objet).
Il a un mouvement rectiligne et accéléré. La valeur de sa vitesse augmente.
Un objet lancé sur le sol finit par s'arrêter à cause des frottements. Son mouvement est
rectiligne décéléré. La valeur de sa vitesse diminue.
L'objet est soumis à son poids, à la réaction normale du sol et à la force de frottement du
sol. La somme vectorielle des forces exercées sur l'objet est égale à la force de
frottement.
b) exemple de changement de trajectoire
La Lune est soumise à la force gravitationnelle exercée par la Terre. La Lune a un
mouvement circulaire uniforme. La direction de son mouvement change à chaque instant.
c) changement de trajectoire et de vitesse
On considère un projectile soumis uniquement à son poids. Sa trajectoire est parabolique.
Lors de la montée, son mouvement est curviligne décéléré. Lors de la descente, son
mouvement est curviligne accéléré.
d) résumé
Lorsqu'un solide est soumis à une seule force ou à des forces qui ne se compensent pas, la
valeur de sa vitesse ou la direction de son mouvement varie (son vecteur vitesse varie).
Remarque : L’effet d’une force sur le mouvement d’un objet dépend de la masse de l’objet.
Plus la masse de l’objet est grande, plus l’effet de la force est faible.
2) PRINCIPE D'INERTIE
Ce principe a été énoncé par Isaac Newton en 1687.
« Tout corps persévère dans l'état de repos ou de mouvement uniforme en ligne droite dans
lequel il se trouve, à moins que quelque force n'agisse sur lui, et ne le contraigne à changer
d'état. »
Dans un référentiel galiléen (comme le référentiel terrestre), un solide est immobile ou en
mouvement rectiligne uniforme si la somme vectorielle des forces qui s’exercent sur lui est
nulle.
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