Chapitre 5 de Physique

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A
B
F
F
AB
Physique, Chapitre 5 PREMIERE S
LE TRAVAIL D’UNE FORCE
I – NOTION DE TRAVAIL D’UNE FORCE CONSTANTE
1°) Définition d’une force constante
2°) Condition pour qu’une force travaille
Dans le langage courant, l’idée de travail est liée à la notion d’effort physique ou intellectuel et de fatigue.
En physique, la définition est plus stricte car le travail mécanique fait intervenir force et déplacement :
 Si on pousse un objet très lourd sans parvenir à le déplacer, on ressent une fatigue musculaire mais la
force que l’on exerce …………………….
 Si on pousse un objet en parvenant à le déplacer, le point d’application de la force exercée se déplace
et donc cette force ……………….
3°) Définition du travail d’une force constante
cf. Activité : Quels sont les effets possibles d’une force dont le point d’application se déplace
Remarque :
Pour un solide en translation, le travail de l’ensemble des forces qui lui sont appliquées est identique à
celui de leur résultante :
)F(W...)F(W)F(W 21 
où
...FFF 21 
est la résultante des forces.

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Application :
Un skieur, considéré comme un solide indéformable, emprunte un remonte-pente sur une piste supposé
plane. Il se déplace de 600m, distance mesurée sur la piste supposée rectiligne. L’angle entre la
direction de la piste et celle de la perche est
 35
. L’action de la perche sur le skieur est représentée
par une force
F
qui a même direction que la perche, et dont la valeur F est égale à 500N.
1°) Faire un schéma sur lequel on représentera le vecteur
F
et le vecteur déplacement
AB
de son
point d’application.
2°) Calculer le travail de la force
F
au cours de ce déplacement.
4°) Travail moteur, résistant ou nul

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5°) Exemple : Cas du travail du poids d’un corps
Soit un axe 0z vertical et orienté vers le haut.
Si le centre d’inertie G d’un corps passe d’une position A
d’altitude zA à une position B d’altitude zB, le travail du poids est :
AB.P)P(
AB
W
=
cosABP
Dans le triangle rectangle ci-contre :
cos.ABzzh BA 
Donc :
)P(
AB
W
B
z
A
zmg 
Remarque : Il faut toujours vérifier le signe de
)P(
AB
W
sachant que :
 si le corps descend, le travail du poids est moteur donc
0)P(
AB
W
 Si le corps monte, le travail du poids est résistant donc
0)P(
AB
W
Application :
A l’aide d’un treuil, on monte un bloc de masse m = 250kg le long d’un plan incliné d’un angle de 30,0°
par rapport à l’horizontale. Le centre de gravité G du bloc parcout une distance AB égale à 12,0m.
1°) Faire un schéma sur lequel figureront A, B, un axe Oz vertical ascendant, l’altitude zA de A et zB de
B
2°) Le travail du poids du bloc entre A et B est-il moteur ou résistant ? Quel est son signe ?
3°) Calculer
)P(WAB
le travail du poids du bloc entre A et B. On prendra g = 9,81N.kg-1
A
h
B
zA
zB

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III- PUISSANCE DU TRAVAIL D’UNE OU PLUSIEURS FORCES
1°) Notion de puissance
 Une valise peut être montée à l’étage d’un hôtel :
 En prenant l’ascenseur (en quelques secondes)
 En empruntant l’escalier (en quelques minutes).
- Dans les deux cas, le travail mécanique à fournir est-il le même ? ………….
- Pourquoi ? ………………………………………………………………….………………………….
- Quelle est la différence entre les situations ?………………………….………………………..…….......
Conclusion : La puissance développée par l’ascenseur est plus importante que celle développée par
l’homme.
2°) Puissance moyenne du travail d’une force
Remarque :
la puissance du travail d’une force est aussi une grandeur algébrique. Elle a le même signe que le travail
de la force
3°) Puissance instantanée du travail d’une force
La puissance instantanée est la puissance du travail d’une force à la date t. Elle est sensiblement égale à la
puissance moyenne entre deux dates proches encadrant la date t.
Remarque : Dans le cas d’un solide en translation rectiligne uniforme, le vecteur vitesse est constant,
V)t(v 
et la puissance instantanée est égale à la puissance moyenne soit
V.FPm
M1(t1)
M2(t2)
F

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Application :
Les données mesurées par le TGV Atlantique sont données dans le tableau ci-dessous. L’angle
représente l’inclinaison de la voie par rapport à l’horizontale. Fm est la valeur de la force motrice et Pm
la puissance de cette force. V est la vitesse de train.
On raisonnera en admettant que le travail de la force motrice est la même que si le TGV était tiré par une
motrice exerçant sur lui une force de valeur Fm, parallèle aux rails. On considère un déplacement de
1km.
V (km.h-1)
Fm(kN)
0,00°
340
87,0
1,40°
180
146
1°) Calculer le travail de Fm pour chacun des cas envisagés.
2°) Calculer la durée de chacun des deux parcours et en déduire la puissance Pm de la force motrice.
4°) Quelques valeurs de puissances de différents systèmes mécaniques
Système mécanique
Puissance moyenne (ordre de grandeur)
Moteur d’une voiture
50 kW
Moteur dune formule 1
590 kW
Motrice de TGV
6 400 kW
Réacteur d’avion
25 000 kW
Centrale hydraulique
400 MW
Réacteur nucléaire
900 MW
Appareil propulsif de la fusée Ariane (au décollage)
5 GW