Equilibre d`un solide soumis à l`action de 2 forces – Poids d`un objet

Equilibre d’un solide soumis à l’action de 2 forces – Poids d’un objet
Expérience 1 :
On dispose du matériel suivant : 2 dynamomètres, un solide (S) en polystyrène, des aimants et un support
métallique.
S
1) Soumettre, comme indiqué sur le montage ci-contre, le
A B
solide (S), de masse négligeable, à l’action de deux
⎯→
⎯→
forces F1/S et F2/S : ces deux forces sont exercées par
2
les dynamomètres 1 et 2.
1
Les deux fils devront être fortement tendus.
2) Compléter le tableau suivant :
Point d’application
de la force
Droite d’action de la
force
Sens de la force
Valeur de la force en
Newtons
⎯→
F1/S
⎯→
F2/S
3) Relever les droites d’action sur une feuille de format A4 ainsi que les points A et B puis, calquer les avec
deux couleurs différentes dans le cadre 1. Prolonger les droites d’actions
⎯→
⎯→
4) Construire, dans le cadre 2, à partir du point O, les vecteurs forces F1/S et F2/S. On choisira comme
échelle 1cm pour 1N
Expérience 2 :
On dispose du matériel suivant : 1 dynamomètre, une boite contenant des masse marquées et un support
métallique.
1) Réaliser le montage ci-contre avec la masse de 50g.
2) Relever l’intensité de la force P lue sur le dynamomètre et la noter dans le
tableau ci-dessous.
N
3) Faire de même pour les autres masses indiquées dans le tableau.
4) Calculer le rapport P/m dans chaque cas.
Masse m (en kg)
0,05
0,1
0,15
0,2
P (en N)
P
m
P
Que constate-t-on pour le rapport m ?
……………………………………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………………………………...
Cadre 1
Cadre 2
O
Fiche Prof:
Consignes: (après avoir vérifié que tous les montages soient correctement réalisés !!!)
Placer une feuille (A4) HORIZONTALEMENT à l’aide des aimants sur le support en fer. Puis en utilisant la
lampe de poche, éclairer les fils afin d’obtenir une ombre portée. Repérer cette ombre sur la feuille à l’aide de
différents points. Repérer aussi les points d’application et les noter.
Les cadres 1 & 2 possèdent des encadrements où peuvent être reportés des commentaires :
– Pour le cadre 1, on commentera le prolongement des droites d’actions ⇒ Sur la même droite !
– Pour le cadre 2, on commentera les conditions d’équilibre d’un solide soumis à l’action de deux
forces ⇒ droites d’action confondues, même intensité et de sens contraires.
Remarque : Si les cadres ne sont pas sur un support de type « calque », utiliser les vitres des fenêtres pour
reproduire les droites d’action par transparence…
Equilibre d’un solide soumis à l’action de 2 forces – Poids d’un objet
CORRECTION
Expérience 1 :
On dispose du matériel suivant : 2 dynamomètres, un solide (S) en polystyrène, des aimants et un support
métallique.
S
1) Soumettre, comme indiqué sur le montage ci-contre, le
A B
solide (S), de masse négligeable, à l’action de deux
⎯→
⎯→
forces F1/S et F2/S: ces deux forces sont exercées par
2
les dynamomètres 1 et 2.
1
Les deux fils devront être fortement tendus.
2) Attention : Caractéristiques correspondant au schéma ci-dessus ! :
Point d’application
de la force
⎯→
F1/S
A
F2/S
B
⎯→
Droite d’action de la
force
Suivant le fil du
dynamomètre 1
Suivant le fil du
dynamomètre 2
Sens de la force
Vers la gauche
Vers la droite
Valeur de la force en
Newtons
Valeur lue sur le
dynamomètre 1
Valeur lue sur le
dynamomètre 2
3) Relever les droites d’action sur une feuille de format A4 ainsi que les points A et B puis, calquer les avec
deux couleurs différentes dans le cadre 1. Prolonger les droites d’actions
⎯→
⎯→
4) Construire, dans le cadre 2, à partir du point O, les vecteurs forces F1/S et F2/S.On choisira comme
échelle 1cm pour 1N
Expérience 2 :
On dispose du matériel suivant : 1 dynamomètre, une boite contenant des masse marquées et un support
métallique.
1) Réaliser le montage ci-contre avec la masse de 50g.
2) Relever l’intensité de la force P lue sur le dynamomètre et la noter dans le
tableau ci-dessous.
N
3) Faire de même pour les autres masses indiquées dans le tableau.
4) Calculer le rapport P/m dans chaque cas.
Masse m (en kg)
0,05
0,1
0,15
0,2
P (en N)
0,5
1
1,5
2
P
m
10
10
10
10
P
Que constate-t-on pour le rapport m ?
La valeur du rapport est identique pour les différentes valeurs des masses.
Cette valeur est appelée : intensité de pesanteur g (petit g).
Cadre 1
B
A
Lorsqu’on prolonge les droites d’action des deux forces, on s’aperçoit que les droites sont
confondues
Cadre 2
⎯→
F1/S
O
⎯→
F2/S
On constate que les forces sont sur la même droite d’action (conclusion du cadre 1) mais aussi
qu’elles ont la même intensité et des sens contraires.
I) Conditions d’équilibre
Si un objet soumis à l'action de deux forces est en équilibre par rapport à la terre, alors les deux droites d'action
sont confondues, les sens sont opposés et les valeurs sont égales.
Cette loi se traduit par la relation vectorielle :
⎯→
⎯→
F1 = – F2
II) Le poids d’un objet
La Terre exerce sur tous les objets une action à distance, équivalente à une force unique appelée le poids de
l’objet.
Le poids d’un objet est représenté par une force dont :
-le point d’application est le centre de gravité de l’objet noté G (en Majuscule) ;
-la direction est verticale ;
Un TP sera fait la
-le sens est vers le bas ;
prochaine séance
-la valeur est proportionnelle à la masse de l’objet.
Remarque : L’intensité du poids se nomme aussi usuellement le poids !
Il existe entre le poids et la masse la relation :
kilogramme (kg)
P = m× g
newton par kilogramme (N/kg)
newton (N)
avec g : intensité de la pesanteur.
Attention : il ne faut pas confondre le poids et la masse d’un objet !
La masse est invariable c'est-à-dire qu’elle ne varie pas. Le poids varie avec le lieu. En France, l’intensité de la
pesanteur g vaut 9,8 N/Kg que l’on arrondit souvent à 10 N/kg.
Le tableau ci-dessous donne quelques valeurs de g dans des lieux différents.
Lieu
Pole Nord
Paris
Equateur
Lune
g(N.kg -1)
9,83
9,81
9,78
1,60
Application :
Un homme a une masse de 72 kg en France. Indiquer son poids en France ainsi que sa masse et son poids sur la
Lune sachant que, sur celle-ci, l’intensité de pesanteur vaut 1,6 N/kg.
En France : P = 9,8 × 72 = 705,6 N
Sur la Lune : m = 72 kg !
P = 1,6 × 72 = 115,2 N