Module 2
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La dynamique Module 2 Dynamique • Branche de la physique qui étudie la cause du mouvement : les forces Les 3 lois de Newton 1ere loi de Newton (loi de l’inertie) Isaac Newton Un corps au repos ou en mouvement rectiligne uniforme demeure au repos ou en mouvement rectiligne uniforme si la grandeur de la force résultante est nulle. (FR = 0) 2e loi de Newton Si une force nette est appliquée sur un objet, l’objet subira une accélération dans la même direction que la force. Cette accélération est directement proportionnelle à la force et inversement proportionnelle à la masse de l’objet. (FR = ma) 3e loi de Newton À toute action, il y a une réaction de même grandeur, mais de sens opposé. Forces fondamentales dans la nature • Force gravitationnelle • Force électrique • Force nucléaire Exemples • Pousser contre un réfrigérateur • La tête du conducteur lors d’un départ ou d’un arrêt brusque • Tirer sur une nappe de table et les objets restent immobiles Exemples • Échange entre le pied et le sol lorsque nous prenons un pas • La nage • Ramer un bateau • Fusil … Force résultante (nette) • Force capable de remplacer un ensemble de forces additionnées. Le Newton • L’unité de la force est le Newton (N) Diagramme à une dimension Diagramme de force • Schéma représentant les forces agissant sur le corps • Exemple : Exemple : Trouve la force nette des diagrammes ci-dessous 15 N a) 30 N b) 20 N 8N Méthode du polygone (addition de vecteurs) Trouve la force résultante des 2 forces suivantes : 50 N (N 60o E) 40 N (S 65o E) 30 N Calcul de la force résultante Diagramme à 2 dimensions A – Méthode du polygone B – Méthode des composantes 15 N Méthode des composantes Trouve la force résultante des 2 forces suivantes : 50 N (N 60o E) 40 N (S 65o E) Exercice • Trouve la force résultante : 40o 6N 10 N 8N Formule Application de la 2e loi de Newton FR = ma Exemple 1 Exemple 2 • Tarzan qui a une masse de 90 kg est tiré vers la droite par Jane avec une force de 180 N. Si un singe tire également sur Tarzan avec une force de 150 N vers la gauche, quelle est l’accélération de Tarzan ? • Luc tire un traîneau de 10 kg avec une force de 60 N. Si le traîneau subit une accélération de 5 m/s2, quelle est la force de résistance causée par le frottement entre la neige et le traîneau ? Exemple 4 Exercices Un mobile de 2 kg passe d’une vitesse de 10 m/s à 16 m/s lorsqu’il est soumis à une force pendant 3 s. Trouve la grandeur de cette force. Page 144 No 22, 23, 24, 25, 27, 28, 29 Page 145 No 35 Page 146 No 37, 38 Page 147 No 48 FR = force résultante (N) m = masse (kg) a = accélération (m/s2) Exemple 3 Olivier pousse une boîte de livre de 6 kg, initialement au repos, avec une force nette de 15 N. a) Quelle est la vitesse de la boîte après 3 s ? b) Quelle distance a été faite pendant ce temps ? Gravité Masse • Quantité de matière • Mesurée en kg (kilogramme) • Scalaire • Invariable Exemple 1 • Calcule le poids d’une roche de 35 kg sur Terre (g=9,8 m/s2) et sur la lune (g = 1,62 m/s2). Loi de la gravitation universelle Poids • Force qui attire un corps vers le centre de la Terre • Mesurée en N (Newton) • Vecteur • Variable Exemple 2 • Sophie a un poids de 600 N sur Terre. Quelle serait son poids sur Mercure si l’accélération gravitationnelle est de 3,8 m/s2 sur cette planète ? Fg = Gm m d 1 2 2 • Tous les corps exercent une force gravitationnelle les uns sur les autres. Cette force dépend de la masse de chacun des corps et de la distance entre ces corps. m1 = masse de l’objet 1 (kg) m2 = masse de l’objet 2 (kg) d= distance entre les objets (m) Fp = mg Fp = poids (N) g = accélération gravitationnelle (m/s2) m = masse (kg) Exemple 3 • Une grue soulève une voiture de 500 kg avec une force de 8000 N vers le haut. Quelle est l’accélération subit par la voiture ? Constante gravitationnelle universelle G = 6,67 x 10 –11 Nm2/kg2 Exemple 1 • Calcule la force de gravité entre un gros lutteur sumo d’une masse de 300 kg et une petite gymnaste de 40 kg s’ils sont à 1,5 m l’un de l’autre. Calcul de l’accélération gravitationnelle (g) Voir démonstration g = Gmterre rterre2 Exemple 2 • Trouve le poids d’un objet de 100 kg sur Terre à l’aide de deux méthodes. (mTerre = 5,98 rTerre = 6,38 x10 24 kg et x 10 6 m) Force normale (Fn) 3e • D’après la loi de Newton, toute force à une réaction. Lorsqu’un objet est sur une surface, la force de réaction de son poids se nomme force normale (Fn). Travail • Page 181 No 20 • Page 182 No 21, 22, 25 Fn = Fg Fn Fg Frottement Exemple • Une personne d’une masse de 80 kg est assise sur une boîte. Quelle est la valeur de la force normale ? Travail • Page 182 No 32 • Page 183 No 35 • D’un côté, le frottement est nécessaire pour que l’on puisse se déplacer. • De l’autre côté, le frottement produit de la chaleur, une perte d’énergie et l’usure. Frottement cinétique • Le frottement vient de forces intermoléculaires se formant entre la surface et l’objet. • La grandeur du frottement dépend de la sorte de matériel qui compose les corps en contact. Loi de Hooke La force qui agit sur un ressort est directement proportionnel à l’allongement du ressort Exemple 2 • Une masse de 1,5 kg est suspendu sur un ressort et celuici s’étire de 12 cm. a) Calcule k. b) Si une nouvelle masse étire le même ressort de 18 cm, trouve la valeur de celle-ci. • Frottement subit par un corps en mouvement F = kx F = Force (N) k = constante d’élasticité (N/m ou N/cm) x = allongement (m ou cm) Travail • Page 184 No 52, 53, 54, 56, 58 • Feuille de travail Frottement statique • Frottement subit par un corps au repos. • Un corps au repos subit davantage de frottement qu’un corps en mouvement. Exemple 1 • Un ressort soumis à une force s’étire de 1,9 cm. Si la constante d’élasticité est de 300 N/m, calcule la valeur de cette force.
