2-09 Cours Mouvement et forces

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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.
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