La dynamique

Unité II
La dynamique :
Les lois de Newton et leur application
Introduction
Ton étude de la mécanique et plus particulièrement la dynamique (l’étude du
« pourquoi » du mouvement) s’approfondira davantage au courant de cette
unité où on reverra les trois lois de Newton et leur application à des
problèmes plus difficiles que ceux de l’an passé. Ensuite, on introduira aux
unités III à VII de nouveaux concepts de la dynamique.
Révision
Rappelons-nous premièrement que la seule façon de mettre des objets en
mouvement est par l’application de forces, soit des poussées ou des
tractions. Celles-ci sont variées. Elles peuvent être des forces où un contact
direct ou indirect existe entre l’objet subissant le mouvement et l’agent de la
force appliquée. En voici quelques unes :
A. la force appliquée (Fa) venant soit d’un agent, motorisé ou pas;
B. la force normale (FN) venant de la résistance en partie ou en entier
du poids d’un objet par une surface quelconque;
C. la tension (T) venant de la force exercée par une ficelle, une corde
ou une chaîne supportant un poids ou résistant à une force qui lui
est appliquée;
D. la force de frottement (f) venant de la résistance offerte par une
surface au mouvement d’un objet.
Les forces peuvent aussi agir à distance, sans contact. Ces forces sont :
A. la force gravitationnelle (Fg) venant de l’attraction d’une masse
par une autre;
B. la force électrique (Fe) venant de l’attraction ou de la répulsion
entre un objet chargé et un autre (chargé ou pas);
C. la force magnétique (FB) venant de l’attraction ou de la répulsion
entre deux objets magnétisés ou de l’attraction d’un objet
ferromagnétique par un objet magnétisé.
On étudiera la force électrique à l’unité VIII et la force magnétique aux
unités X et XI. Quant à la force gravitationnelle, elle entrera immédiatement
en jeu dans les problèmes auxquels on aura à faire face. Puisque la majorité
de ces problèmes seront pour des masses placées à la surface de la Terre, la
force gravitationnelle aura souvent besoin d’être calculée pour une masse
placée dans le champ gravitationnelle de cette dernière. Mathématiquement,

la force gravitationnelle, Fg = mg où g = 9,81 N/kg. Chaque kilogramme de
masse placé à la surface de la Terre est attiré par cette dernière avec une
force de 9,81 N.
Afin d’expliquer le résultat de l’application de force.s sur un objet, Sir Isaac
Newton, à la suite de ses expérimentations nous a livré trois lois. Les voici :
A. La première loi : Un objet au repos a tendance de rester au repos et
un objet en mouvement rectiligne uniforme restera en cet état tant
qu’il y a absence d’une force nette agissant sur l’objet. Si FR = 0,
alors a = 0 et v = constante et nous avons un état d’équilibre.
B. La deuxième loi : Si un objet subit une force nette alors l’objet
accélérera dans la direction de la force nette et avec une grandeur
égale à a = FR/m et un état de déséquilibre existe.
C. La troisième loi : Pour chaque force d’action, il y aura une force de
réaction égale et opposée à cette première. FAB = -FBA.
Exercices :
A. Situations d’équilibre (première loi de Newton)
Dans chacun des cas suivants, une force ou plus agit (agissent) sur la pierre.
Trace un diagramme vectoriel précis démontrant toutes les forces agissant
sur la pierre à l’aide de vecteurs dont les longueurs relatives respectent la
situation d’équilibre. Utilise une règle et un crayon.

7. La petite Amélie aspire
être une gymnaste et se
pend d’une variété de
positions comme
illustrée ci-contre.
Puisqu’elle n’accélère
pas, la force nette sur
elle est nulle. Elle pèse
300 N. Inscris les valeurs
enregistrées par chacun
des dynamomètres.
Quand Henri, le peintre, se
tient exactement au milieu de
l’échafaud, le dynamomètre à
gauche enregistre 500 N.
Inscris la valeur enregistrées
par le dynamomètre à droite.
Le poids total d’Henri et de
l’échafaud doit être
__________ N.
Henri se tient maintenant plus
à gauche. Complète.
Henri glisse et arrive tout
juste à s’agripper à l’extrême
gauche de l’échafaud.
Complète.

8. Pour la situation au # 2, que sera la tension dans la ficelle
horizontale si la pierre a une masse de 0,759 kg et que la
corde oblique fait un angle de 60,0° avec le plafond?
9. Pour la situation au # 3, quelle est la masse de la pierre si le
frottement vaut 7,46 N et que l’inclinaison du plan est
30,0°?
10. Pour la situation au # 5, la pierre a une masse de 0,473 kg.
La ficelle à gauche fait un angle de 62,0° tandis que la
ficelle à droite fait un angle de 34,0° avec le plafond. Évalue
la tension dans la ficelle à droite.
11. Le schéma ci-dessous montre une poutre soutenue par un
chevalet. Calcule la tension supportée par les pattes du
chevalet si la poutre exerce une poussée verticale de 100 N
sur le point de contact. Les pattes font un angle de 45,0°
avec l’horizontale.
12. Le schéma ci-dessus montre une poutre de masse
négligeable soutenant une charge de 100 kg par l’entremise
d’un câble faisant un angle de 30,0° avec l’horizontale.
Quelle est la grandeur de la tension dans le câble qui
soutient la charge?
13. Un alpiniste de 60,0 kg se retrouve sur une corniche,
suspendu à une corde faisant un angle de 40,0° avec
l’horizontale et dont la tension de rupture est de 500 N.
L’alpiniste va-t-il se maintenir sur la corniche? Explique.

B. Situations de déséquilibre (deuxième loi de Newton)
1. Un bloc pesant 6,00 N se trouve sur une surface polie
horizontale. On le pousse avec un bâton (qui fait un angle de
30,0 avec l’horizontale) avec une force de 8,00 N. Que sera
l’accélération du bloc sur la surface?
2. Un corps dont la masse est de 9,00 kg subit une force
appliquée de +48,0 N pour 3,00 s lorsque le frottement est
-12,0 N. Combien loin avancera-t-il pendant ce temps s’il
avait une vitesse de +1,60 m/s avant l’application de la
force?
3. Une automobile ayant une masse de 1,00 x 103 kg a une
vitesse de 30,0 m/s. Détermine la force nécessaire pour
arrêter l’automobile en 1,00 x 102 m.
Dans chacun des cas suivants, une force ou plus agit (agissent) sur la
roche. Trace un diagramme vectoriel précis démontrant toutes les forces
agissant sur la pierre à l’aide de vecteurs dont les longueurs relatives
respectent la situation de déséquilibre. Utilise une règle et un crayon.