3. Les forces

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3. Les forces
3.1.La deuxième loi de Newton
La force est perçue comme une poussée ou une traction. On peut distinguer des forces de
contact : exercées par les cordes, des ressorts, de frottement et des forces d’action à distance : la
gravitation comme l’interaction de la Terre et du Soleil, les forces électriques ou magnétiques.
La masse est définie intuitivement par Newton comme la quantité de matière d’un corps. Cette
définition ne permet pas d’établir des comparaisons entre les corps. C’est pourquoi la première
loi de Newton nous donne une meilleure définition :
Masse La masse d’un corps est la mesure de son inertie, c’est-à-dire de sa résistance aux
variations de vitesse.
Une fois l’étalon de mesure choisi, le kilogramme, on peut le comparer à n’importe quel autre
pour déterminer la masse de n’importe quel autre corps.
Deuxième loi
de Newton
L’unité de la force est le newton noté N.
2
11
s
m
kgN 
La force nette ou force totale est la somme des forces qui agissent sur un objet : FFnette
Exemples
1La poussée totale des réacteurs d’un Boeing 747 est de N
5
108,8 . La masse de l’avion au
décollage est de kg
5
100,3 . Quelle est son accélération au décollage ? Si l’avion part du repos,
quelle sera sa vitesse après 10 s ? On néglige les forces de frottement.
2Une automobile de 1200 kg est sur une plaque de verglas (pas de frottement). On lui attache
deux cordes et on exerce les forces NF 800
1à 35° nord par rapport à l’est et NF 600 2à
25° sud par rapport à l’est. Quelle est l’accélération de l’auto ?
Le poids Le poids d’un objet est la force gravitationnelle qui agit sur lui.
On confond souvent les notions de masse et de poids. La première est la mesure de l’inertie d’un
objet, la seconde la force gravitationnelle exercée sur un corps.
La masse est une grandeur scalaire intrinsèque pour un objet. Le poids est une grandeur
vectorielle, qui dépend de l’endroit où nous sommes situé (en fait dépend de g).
amFnette
gm

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3.2.Représentation de quelques forces :
a) une voiture accélérant b) chute libre c) idem avec frottement d) un objet posé sur la table
Une force est toujours exercée par un corps sur un autre. On ne peut pas parler de la force d’un
corps. On pousse une voiture qui nous résiste.
AB
F désigne la force exercée sur l’objet Apar l’objet B.
Troisième loi
de Newton Si une force est exercée par un objet sur un autre, une force égale en module est exercée par le second objet sur le premier, de sens opposé.
Il y a attraction entre l’homme et la Terre.
TP
F est la force subie par la Terre due au personnage.
PT
F est la force subie par le personnage due à la Terre.
3.3.Exercices.
1. Calculer la force constante nécessaire pour faire accélérer une voiture de 1225 kg dans chacun
des cas suivants : (a) elle part du repos et atteint 96 km/h en 10 s; (b) elle freine, passant de
112 km/h au repos en 64 m. Quelle est, dans chaque cas, l’origine de la force ?
2. Une personne baisse de 15 cm son torse de 50 kg et saute verticalement. Si le torse s’élève
40 cm au dessus de sa hauteur normale, trouver la grandeur de la force exercée sur le torse au
niveau de la hanche par la partie inférieur du corps.
3. Une fusée Saturn V a une masse de kg
6
107,2 et une poussée de N
7
103,3 . Quelle est son
accélération verticale initiale?
BAAB FF
TP
F
PT
F

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4. Une fillette tombe d'une plate-forme située à 1,0 mau-dessus du sol. Calculez la force
exercée sur son torse de 40 kg lorsqu'elle touche le sol.-(a) en pliant les genoux et en arrêtant
le torse sur 30 cm; (b) avec raideur en arrêtant le torse sur 4cm.
5. Une corde légère peut supporter une tension maximale de 600 N. Avec quelle accélération
minimale une personne de 75 kg peut-elle descendre en glissant le long de la corde ?
6. Un bulldozer jouet (B) de 0,7 kg pousse une petite voiture (V) de 0,2 kg qui roule librement
sur le sol (S) avec une accélération de 2
5,0 sm . Déterminez la valeur et le sens de la
composante horizontale de chacune des forces suivantes: (a) BS F; (b) VS F; (c) BV F. (AB F
désigne la force exercée sur Apar B.)
7. Une parachutiste de 60 kg et son parachute de 7kg tombent à une vitesse constante de 6m/s.
Déterminez: (a) la force exercée par le parachute sur la parachutiste; (b)
la force exercée par l'air sur le parachute. (On néglige la force exercée
par l'air sur la parachutiste)
8. Un bloc de 7kg est suspendu par deux cordes. Trouvez la tension de
chaque corde (voir figure).
9. Un garçon de masse 65 kg et une fillette de masse
50 kg sont attachés par une corde de masse
négligeable (figure). Ils se déplacent
horizontalement sur une patinoire sans frottement.
Le garçon est tiré par une force horizontale de
200 N. Déterminez leur accélération et la tension
dans la corde.
10. Deux blocs de masses kgmA2,0et kgmB3,0sont suspendus l'un au-dessus
de l'autre (figure). Déterminez les tensions dans les cordes (sans masse) dans les
cas suivants: (a) les blocs sont au repos; (b) ils montent à 5m/s; (c) ils accélèrent
vers le haut à 2
2sm ; (d) ils accélèrent vers le bas à 2 2sm . (e) Si la tension
maximale permise est de 10 N, quelle est l'accélération maximale possible vers le
haut?
11. Un bloc de 9kg est retenu par un système de poulies (figure). Quelle force la personne doit-
elle exercer dans les cas suivants: (a) pour garder le bloc au repos; (b) pour le faire descendre
à 2m/s; (c) pour le faire monter avec une accélération de
2
5,0 sm