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Chapitre 3 : Forces s’exerçant sur un solide
I. Qu’est-ce qu’une force ?
1. Définition et caractéristiques
Activité : « Bilan de forces »
On appelle force toute cause capable de modifier le mouvement d’un corps ou de le
déformer.
Une force possède les caractéristiques suivantes :
- direction : celle de l’action de la mécanique exercée,
- sens : celui de l’action mécanique exercée,
- norme : la valeur de la force exprimée en newton (N)
2. Composition et décomposition des forces
Activité : « Composition, décomposition et somme des forces »
Les forces appliquées à un système sont des grandeurs vectorielles que l’on sait additionner.
Ces forces n’ayant pas toutes le même point d’application, il est préférable de construire leur
somme à partir d’un point extérieur au système.
Le vecteur « somme des forces » est appelé résultante des forces appliquées au système.
De la même façon, une force peut être remplacée par ses composantes.
II. Exemples de forces
Activité : « Somme, composition et décomposition de forces »
1. Poids d’un corps
Le poids
P
d’un corps de masse m donné par
gmP 
a comme caractéristiques :
- direction : verticale,
- sens : de haut en bas,
- valeur mg avec m en kg et g en N.kg-1.
Elle s’applique au centre de gravité du corps.
2. Poussée d’Archimède
Mise en évidence expérimentale
- Est-ce que le ressort conserve le même
allongement lorsque le solide est immergé ?
- L’allongement dépend-il de la taille ou de la
forme du récipient ?
- Le poids de l’objet a-t-il changé ? Que peut-on
en conclure ?
Le poussée d’Archimède donnée par
gV 
a comme caractéristiques :
- direction : verticale,
- sens : de bas en haut,
- valeur : égale au poids du fluide déplacé Vg avec en kg.m-3, V en m3 et g en N.kg-1.
Elle s’applique au centre de gravité du fluide déplacé appelé centre de poussée.

3. Force de rappel exercée par un ressort
Voir AE n°4 : «Les forces »
La force de rappel
F
exercée par un ressort a comme caractéristiques :
- direction : celle du ressort,
- sens : opposée à la déformation du ressort,
- valeur :
0
llkF 
avec une constante de raideur k exprimée en N.m-1 et
0
ll 
en m.
Elle s’applique au point d’accroche de l’objet.
4. Réaction d’un support plan
Voir le diaporama : «Réaction d’un support plan »
Cette force a deux composantes :
- l’une est perpendiculaire au support, c’est la réaction normale
N
R
qui empêche le
solide de pénétrer dans le support.
- l’autre appartient au plan du support, c’est la réaction tangentielle
T
R
encore appelée
force de frottement.
5. Force de frottement fluide
Voir AE n°5 : «Mesure de la viscosité d’un liquide »
Un solide de forme sphérique en mouvement au sein d’un fluide est soumis de la part de ce
fluide à une force de frottement qui a même direction que le vecteur vitesse du solide mais de
sens contraire.
L’intensité de cette force augmente avec la vitesse.
Pour les faibles vitesses, la valeur de la force est proportionnelle à la valeur de la vitesse :
vRf  6
Pour les vitesses élevées, la valeur de la force de frottement fluide est proportionnelle au carré
de la valeur de la vitesse.
III. Equilibre et mise en mouvement d’un solide
Voir AE n°4 : « Les forces »
Lorsqu’un solide est soumis à deux forces
1
F
et
2
F
est en équilibre :
- les forces ont la même droite d’action,
- la somme vectorielle des deux forces est nulle.
0
21
 FF
Lorsqu’un solide est soumis à trois forces
1
F
,
2
F
et
3
F
, non parallèles, est en équilibre :
- les forces sont concourantes,
- la somme vectorielle des trois forces est nulle.
0
321
 FFF