a) Résultante des forces de pesanteur : Poids d`un solide

Mme GRISARD
Physique B1 : Forces et
mouvements
CHAPITRE : . . . . .
Forces s’exerçant sur un solide
Classe :
1ère S
dimanche 16 avril 2017
Objectifs : Identifier et représenter les actions qui s’exercent sur un solide. Prévoir, dans des cas simples, la possibilité
de mise en rotation d’un solide autour d’un axe fixe.
I. Actions exercées sur un solide
a) Interactions
Si deux objets A et B sont en interaction, l’objet A exerce une force sur l’objet B, et l’objet B exerce une force sur
l’objet A. Les forces macroscopiques qui s’exercent sur un solide ont pour origine l’interaction électromagnétique ou
l’interaction gravitationnelle.
Pour faire le bilan des forces s’exerçant sur un système, il faut :

Identifier le système étudié

Faire l’inventaire des objets avec lesquelles le système est en interaction

Pour chaque interaction, déterminer la la force qui s’exerce sur S et ses caractéristiques.
Remarques: Il existe des actions à distance (exemple : force électromagnétique) ou de contact
(exemple : action du vent).
Il existe des actions réparties (exemple : force de gravitation) ou localisées (action
d’un clou sur une planche). On parlera alors de la résultant des forces s’exerçant sur
chaque portion de l’objet.
b) Caractéristiques d’une force
Définition : Une force exercée par un objet (acteur) sur un autre objet (receveur) est une grandeur
vectorielle. Une force est caractérisée par :
- son point d’application
- sa direction
- son sens
– sa valeur (ou intensité de la force)exprimée en Newton.

Le symbole d’une force est Fauteur / receveur
Remarque : L’intensité d’une force se mesure à l’aide d’un dynamomètre. L’unité d’intensité de la
force est le Newton (symbole : N). La longueur du segment fléché représentant la force
est proportionnelle à l’intensité de la force.
Remarque : On représente le point d’application sur le receveur, car cela nous permet de prévoir
l’effet de l’action (mouvement ou déformation) sur cet objet.
II. Exemples de forces
a) Résultante des forces de pesanteur : Poids d’un solide
cube, gros dynamomètre circulaire ou linéaire, balance électronique
AP : mesurer le poids d’un cube.
Le poids d’un solide est la résultante des forces d’attraction gravitationnelle exercées par la
Terre sur les différentes parties de cet objet.
Le poids est : vertical, dirigé vers le bas (centre de la Terre), appliqué en G (centre de gravité).
Si l’objet n’est pas à trop haute altitude, sa valeur peut s’écrire P = m . g, où g est l’intensité de la
pesanteur en ce lieu. g = 9,81 N/kg à Paris.
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b) Tension d’un fil
La tension d’un fil est la force exercée sur un fil par un objet. Par simplification, on utilise
aussi le terme « tension d’un fil » pour exprimer la force exercée par le fil sur l’objet qui lui
est accroché.
Direction : celle du fil. Tension exercée par l’objet sur le fil : dirigée vers l’objet. Tension
exercée par le fil sur l’objet : dirigée vers le fil. Point d’application : point d’accrochage du fil.
AP : Tirer le cube à l’aide d’un fil relié à un dynamomètre.
c) Réaction du support : Résultante des forces de contact exercées par un support sur un objet
Le support exerce sur un objet posé des forces dont la résultante est appelée « Réaction du
support ». R se décompose en deux parties : N réaction normale perpendiculaire au support,
et T réaction tangentielle aussi appelée « frottement solide » du support sur l’objet.
AP : Tirer le cube à l’aide d’un fil (sans provoquer de déplacement).
AP : Lancer le cube sur la table : il glisse en ralentissant.
d) Force de frottement fluide
Un fluide (solide ou liquide) peut exercer sur un objet en mouvement des forces dont la
résultante est appelée « frottement fluide » .  est opposée au sens du mouvement, et sa
valeur dépend de la vitesse de l’objet et de la viscosité du fluide.
e) Poussé d’Archimède
AP : poussée d’Archimède
Eprouvette graduée contenant de l’eau, balance électronique, solides de différentes masses attachés à
un crochet, dynamomètre.
Définition : Tout corps plongé dans un fluide subit de la part de celui-ci une force de poussée


verticale vers le haut égale au poids du volume d’eau déplacée :     Vd  g , où 
représente la masse volumique du fluide déplacé, Vd le volume de fluide déplacé, et  le
champ de pesanteur terrestre.
Remarque : Dans un gaz (exemple : l’air), la masse volumique du gaz (de l’ordre de 1 g . L-1) est
négligeable devant la masse volumique du solide (de l’ordre de 1 kg . L-1), donc  est
négligeable devant le poids.
f) Bilan des forces s’exerçant sur un système
Pour prévoir les conséquences des forces exercées sur un objet, on a souvent besoin de
connaître la résultante de toutes les forces qui s’exercent sur lui.
Définition : La résultant de plusieurs forces appliquées à un système est la somme vectorielle de
ces forces.
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AP : placer la voiturette sur un support incliné, retenue par un fil (lié à un dynamomètre).
Voiturette, planche, support, gros dynamomètre circulaire
Exercice :
Modéliser la force exercée par le fil sur la voiturette.
Modéliser la force exercée par la Terre sur la voiturette
Représenter la résultante de ces deux forces.


F
fil / voiturette
F
fil / voiturette
.
Échelle : 1cm1N
Schéma classique
Schéma éclaté
Quelle autre force s’exerce sur la voiture ?
 Devoirs : Ex30 p60 (somme vectorielle de forces)
III. Exemples d’effets produits
Remarque : L’évolution temporelle d’un objet dépend de l’ensemble des forces qui s’appliquent
sur un objet.
a) Mise en mouvement de translation
Si un objet est initialement immobile, si la somme vectorielle des forces n’est pas nulle,
l’objet se mettra en mouvement de translation dans la direction et le sens de la somme
vectorielle des forces.
b) Mise en mouvement de rotation
Exemple : crayon poussé par 2 forces opposées :
Un solide soumis à des forces dont la somme vectorielle est nulle
peut être mis en mouvement de rotation à condition que ces
forces n’aient pas la même droite d’action.
Exemple : comment ouvrir une porte ?
Pour pouvoir mettre un solide en mouvement de rotation autour
d’un axe fixe, la droite support d’une force ne doit pas passer par l’axe ni être parallèle à
l’axe.
c) Maintien en équilibre ou en mouvement
Définition : Un solide est en équilibre lorsque tous ses points sont immobiles.
Si un solide est en équilibre. Si on lui applique des forces telles que leur résultante est nulle,
alors le solide peut rester en équilibre.
Si un solide est en mouvement. Si on lui applique des forces telles que leur résultante est
nulle, alors le solide peut rester en mouvement (rectiligne uniforme).
Remarque : Il existe donc des solides en mouvement dont la résultante des forces est nulle.
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d) Déformation
Un solide soumis à des forces qui se compensent peut être déformé :
Exemple : Un dynamomètre est un objet qui se déforme de manière élastique lorsqu’une de
ses extrémités est soumise à une force, l’autre étant fixée sur un support : la déformation est
proportionnelle à l’action exercée, et revient à son point de départ dès que cette action cesse.
 Devoirs : Exercice n°22 p.59
 Devoirs : Un iceberg est un bloc de glace flottant sur l’eau de mer (densité 1,3). La partie cachée
d’un iceberg a un volume 9 fois supérieur à sa partie visible.
1. Faire le bilan de forces exercées sur l’iceberg lorsque la mer est calme.
2. Exprimer le poids de l’iceberg en fonction de son volume V et de la masse volumique g de
la glace.
3. Exprimer la poussée d’Archimède exercée sur l’iceberg en fonction de son volume immergé
Vi et de la masse volumique e de la glace.
4. En déduire la masse volumique de la glace.
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