Forces et mouvement dans le sport

Ch 17 Forces et mouvement dans le sport
I. Les actions mécaniques
Un corps peut subir une action mécanique soit par contact avec un autre soit par une interaction à distance.
Exemples d’actions de contact : un choc (exemple : une balle renvoyée par une raquette), un frottement (exemple :
le patin du frein d’un vélo sur la jante); un simple contact (exemple : un ballon posé sur le sol)
Exemples d’actions à distance :
Interaction gravitationnelle : un objet qui tombe.
Interaction magnétique : un aimant qui attire des objets en fer ou en nickel
Interaction électrostatique : une règle frottée attire des petits bouts de papier
II. Les forces
Les forces servent à modéliser les actions mécaniques. On précise le point d’application, la direction, le sens et
la valeur qui s’exprime en newton (N) On parle de force pour simplifier car si l’on prend l’exemple du poids d’une bille, c’est
chaque petit morceau de la bille qui est attiré vers la Terre, mais tout se passe comme si le milieu de la bille était attiré vers la Terre avec
une force de quelques newtons.
Si un objet subit une force il peut bien sûr se déformer, mais ça n’est pas au programme de la classe de 2nde . On envisage un
solide indéformable.
Une force exercée sur un corps peut modifier soit sa trajectoire, soit sa vitesse, soit les 2. Plus l’objet est lourd,
moins la modification est importante. Si une personne veut pousser un vélo elle y arrive sans problème, pour pousser une voiture
elle aura du mal et pour pousser un camion elle n’y arrivera pas.
Une force est représentée par un vecteur. Origine : le point d’application de la force ; direction : la droite d’action
de la force ; sens : le sens de la force ; longueur : proportionnelle à la valeur de la force.
III. Le principe d’inertie. (Rappel du chapitre 7)
Pour un observateur terrestre tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne et
uniforme si les forces qui s’exercent sur lui se compensent.
Un référentiel dans lequel le principe d’inertie est vérifié est un référentiel galiléen.
Quand des forces se compensent leurs effets s’annulent, il est équivalent de dire « un corps est soumis à des forces
qui se compensent » et « un corps n’est soumis à aucune force. »
Conséquences du principe d’inertie :
Si un solide est immobile ou en mouvement rectiligne et uniforme alors la somme des forces appliquées à
ce solide est nulle.
Quand un solide a un mouvement qui n’est pas rectiligne et uniforme alors les forces appliquées ne se
compensent pas.
IV. Exercice : représenter les forces s’exerçant sur un ballon de basket posé sur le sol. Le ballon
standard a une masse de 650 g et un diamètre de 24 cm [Échelle de représentation 1cm sur le schéma
pour 2 cm en réalité et pour les forces, 0,4 cm pour 1N]
système : le ballon
référentiel : terrestre
inventaire des forces extérieures :
le poids : point d’application : le centre de gravité du ballon (milieu du ballon)
direction : verticale
sens : vers le bas
valeur : P = mg = 0,650 × 9,81 = 6,377 N ; en choisissant l’échelle 0,4 cm pour 1N, le poids
sera représenté par une flèche vers le bas de longueur 2,6 cm
la poussée d’Archimède due à l’air
point d’application : le centre de gravité de l’air déplacé (milieu du ballon)
direction : verticale
sens : vers le haut
valeur : P = mairg ; la masse d’air déplacé est la masse d’air de volume celui du ballon.

la masse volumique de l’air est de 1,3 g.L-1, Le volume d’une sphère de rayon 1,2 dm est :
4
3 π.R3= 4 3 π.(1,2)3 = 7,24 L, soit une masse de 7,24 ×1,3 = 9,4 g et un poids de PA = 0,0094 × 9,81 = 0,092 N
Avec l’échelle 0,4 cm pour 1N, la poussée d’Archimède sera représentée par une flèche vers le haut de longueur
0,04 cm (non représentable avec cette échelle)
la réaction du sol
point d’application : le point du sol au contact du ballon
direction : verticale
sens : vers le haut
valeur : Pour la déterminer on utilise le principe d’inertie :
Énoncé du principe d’inertie :
Pour un observateur terrestre tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne et uniforme
si les forces qui s’exercent sur lui se compensent.
Puisque le ballon est immobile, la réaction du sol compense exactement les autres forces.
R = 6,377 – 0,092 = 6,285 N
Avec l’échelle 0,4 cm pour 1N, la réaction du sol sera représentée par une flèche vers le haut de longueur 2,5 cm
PTerre / ballon
Rsol / ballon