2nde www.pichegru.net 30 mai 2016 Chapitre 9 : Mouvement et forces FFoorrccee • Si un objet est en contact avec un support (le sol, par exemple), il est soumis à la réaction de ce support. • Si un objet est en mouvement, dans l’air ou dans un autre fluide, il est soumis à une force de frottement qui est de sens opposé à son déplacement. Définition Une force est l’action mécanique d’un corps A sur un corps B. • Si un objet est propulsé par un moteur, un réacteur, etc, il est soumis à une force motrice. Tout objet situé sur la Terre est soumis à des actions mécaniques dont les effets se manifestent à tout moment. Lorsqu’on lache un objet d’une certaine hauteur, il tombe car il est soumis à l’action mécaniques exercée par la Terre ; cette action s’exerce à distance et est répartie sur tout l’objet. Pour simplifier nous modéliserons ces actions par une force ; on dira que l’objet est soumis à une force exercée par la Terre. Mais cette liste n’est pas complète... (force exercée par un ressort, poussée d’Archimède). Un objet posé sur une table est immobile et pourtant il est toujours soumis à une action à distance de la part de la Terre ; une autre action mécanique l’empêche de tomber, c’est l’action exercée par la table sur l’objet ; cette action est une action de contact répartie sur la surface de l’objet. Pour simplifier nous dirons que l’objet est soumis à une force exercée par la table. Tout corps plongé dans un fluide subit une poussée verticale vers le haut égale au poids du volume de fluide déplacé. Exercice 4 Bilan de forces Une parenthèse sur la Poussée d’Archimède Poussée d’Archimède = ρ fluide ⋅V ⋅ g ρfluide est la masse volumique de fluide (1000 kg·m-3 dans le cas de l’eau) V est le volume de fluide déplacé par le corps. Si le corps est totalement immergé, il s’agit du volume du corps entier. Sinon, il s’agit du volume de corps se trouvant dans le fluide. Une lampe posée sur une table est soumise à 2 forces différentes. La force exercée par la Terre (appelée poids de la lampe) et la force exercée par la table (appelée réaction de la table) qui l’empêche de tomber. g est l’intensité de la pesanteur (9,8 N·kg-1 à la surface de la Terre). EEffffeettss dd’’uun nee ffoorrccee ssuurr llee m moouuvveem meen ntt dd’’uun n ccoorrppss réaction de la table Savoir qu’une force s’exerçant sur un corps modifie la valeur de sa vitesse et/ou la direction de son mouvement et que cette modification dépend de la masse du corps. poids Quelques exemples de forces Une force peut modifier la vitesse et/ou la direction du mouvement d’un corps. Types de forces La modification du mouvement (trajectoire et/ou vitesse) dépend aussi de la masse de l'objet : pour une force donnée, plus la masse de l'objet est grande, plus la modification de son mouvement sera petite : une force faible s’appliquant sur un corps lourd a peu d’effet. r Si la direction de F est perpendiculaire à la trajectoire, elle modifie la trajectoire (= changement de direction) mais pas la vitesse de l'objet. r Si la direction de F est parallèle à la trajectoire, elle modifie la vitesse mais ne modifie pas la trajectoire. r Si la direction de F n’est ni perpendiculaire, ni parallèle à la trajectoire, elle modifie à la fois la vitesse de l’objet et sa trajectoire. Forces de contact : force pressante exercée par un gaz ou un liquide, forces de frottements, force exercée par un fil ou un support, force de contact avec un solide. Forces agissant à distance : force d’attraction gravitationnelle, force électrique, force magnétique. Exercice 1 Interaction Représenter une force Une force est ce qui décrit une action mécanique. Elle est caractérisée par : - sa direction (droite selon laquelle elle agit) - son sens (repéré par la direction du vecteur qui représente la force) - sa valeur (exprimée en Newton, symbole : N) - son point d'application (pour simplifier : au centre du système étudié). Utiliser le principe d’inertie pour interpréter des mouvements simples en termes de forces. Une force est représentée par un vecteur. Le principe d’inertie est l’équivalence des deux propositions ci-dessous : Principe d’inertie Ce vecteur a le même sens et la même direction que la force. Sa longueur est proportionnelle à la valeur de la force. Objet soumis à des forces qui se compensent* ou à aucune force Unité d’une force : newton (N) Exercice 2 Représenter une force ⇔ L'objet est en Mouvement Rectiligne (ligne droite) Uniforme (vitesse constante) ou immobile Illustration du principe d’inertie Remarque : Pour le principe d'inertie, dire que « un objet n'est soumis à aucune force », est strictement équivalent à dire qu’il « est soumis à des forces qui se compensent ». Le poids La force exercée par la Terre sur un corps est appelée le poids. Le poids est toujours vertical, dirigé vers le bas. * Dire que des forces se compensent signifie que leur somme est nulle. Valeur du poids : P = m·g Répondre à la question : « Que peut-on dire des forces qui s’appliquent sur un objet ? » m : masse de l’objet (kg) g : intensité de la pesanteur à la surface de la Terre (9,8 N/kg) Cette question reviendra souvent en exercice. Il faut savoir quel est le mouvement de l’objet et en déduire si les forces qui s’exercent sur lui se compensent ou pas, d’après le principe d’inertie. Exercice 3 Poids sur Terre et poids sur la Lune Preuves de la réalité de l’alunissage d’Apollo par la gravité Exercice 5 Objet soulevé par une grue Une tentative pitoyable pour simuler la gravité lunaire Exercice 6 Force et principe d’inertie Faire un bilan des forces Exercice 7 Le jeu du chariot Faire un bilan des forces qui s’exercent sur un système, c’est faire la liste des forces qui s’exercent sur lui et les représenter par des vecteurs. Quatre forces sont assez fréquentes : • Si un objet se trouve sur Terre (ou à proximité), il est soumis à son poids. -1-