Les Forces et la pre..

Les Forces et la pression
1) Les Forces
1.1 ) Définition : une force est une cause capable de DEFORMER UN CORPS ( de façon
temporaire ou permanente) ou de MODIFIER L’ÉTAT DE MOUVEMENT OU DE
REPOS DE CE CORPS
Exemples
1) Déformation temporaire : un ressort de sommier qui se déforme lorsque vous vous
couchez dans votre lit
2) Déformation permanente : un arbre qui a quelques branches brisées sous l’effet du
vent.
3) Modification de l’état de mouvement : une voiture augmente sa vitesse si on appuie
sur l’accélérateur
4) Modification de l’état de repos : un footballeur shoote sur une balle au point de
penalty
Certaines forces portent des noms particuliers :
La force d’attraction de la terre : force pesanteur
La force du vent : force éolienne
La force de l’eau : force hydraulique
La force d’attraction d’un aimant ou la force qui s’exerce sur une boussole : force
magnétique
5) La force développée par les muscles : la force musculaire
1)
2)
3)
4)
1.2) Mesure d’une force
L’appareil qui sert à mesurer une force s’appelle un DYNAMOMETRE . Vous trouverez ciaprès le schéma de cet appareil :
1
L’ allongement que subit le ressort est proportionnel à la FORCE subie par le ressort , dans
notre exemple de dynamomètre , la force mesurée est la force pesanteur - on mesure le
poids .
L’UNITE DE MESURE D’UNE FORCE EST LE NEWTON (dans le Système
International de mesures , appelé système MKSA (Mètre, Kilo, Seconde, Ampère)
1.3) Caractéristiques d’une force
Une force est représentée « mathématiquement » par un VECTEUR .
Pour être très concret , nous allons définir ce qu’est un vecteur ( sachez qu’il possède 4
caractéristiques principales que vous devrez connaître tout au cours de vos études)
Représentons un vecteur , nous allons l’appeler le vecteur Force ( F)
Comme vous pouvez le voir , il s’agit d’un F avec une flèche au-dessus, nous allons tracer
ensuite un vecteur force de direction horizontale, de sens vers la gauche et d’intensité égale à
7N
2
F
A
Les 4 composantes de cette force sont
1) A : le point d’application : c’est l’endroit où la force agit
2) ------ : la direction de la force (ex horizontale, verticale , oblique)
3) ____ : le sens de la force ( vers le haut , vers le bas , vers la droite , vers la gauche
4) F : qui est appelée l’intensité de la force : dans notre cas , si 1 cm = 1 N , et si on veut
représenter une force de 7 N , on aura une longueur de 7 cm .
Donc rappelons qu’une force est représentée par un ………………………….. et que ce
vecteur est défini par
1)
2)
3)
4)
Son …………………………………
Sa …………………………….
Son …………………………….
Son ……………………………
Quelques exemples
Voici 2 hommes levant deux masses distinctes avec les forces indiquées comme étant égales à
F1 et F2 , représentez les 2 forces sur le dessin en prenant comme échelle 30 N = 1 cm.
3
4
Voici un papier millimétré
1) Représentez sur ce papier une force de direction verticale , de sens vers le bas , de
point d’application A et d’intensité 5 N (1 cm = 1 N)
2) Représentez ensuite une force partant du même point d’application , de sens horizontal
et de direction vers la droite , avec une intensité de 6 N (l’angle entre ces 2 forces doit
être de 90 ° )
3) Une fois que cela est fait trace un rectangle en pointillé et la diagonale de ce rectangle
( mesure là avec ta règle et donne la valeur en cm ainsi obtenue)
Ce que tu viens de faire là est ce que l’on appelle une composition de forces , c’est ce qui se
passe si , par exemple, il pleut verticalement et que vous roulez en voiture avec une vitesse de
50 km/h : vous voyez que vos gouttes de pluie vont en oblique sur les carreaux de la voiture .
Vous qui êtes des futurs sportifs , essayez de donner quelques forces dans les sports que vous
pratiquez :
5
Résultats du sondage
Prénom
Sport Pratiqué
Forces
6
7
8
2. La Pression
2.1) Définition de la pression
La pression est le rapport entre la force exercée sur une surface et la surface sur laquelle elle
s’exerce .
La pression peut se définir ainsi :
P
F
S
P : Pression en N/m² ou PASCAL ; F : force
exercée sur la surface en N ; S : est la surface où s’exerce la force en m² .
Ceci est un exemple de loi dite INVERSEMENT proportionnelle : c’est-à-dire que, pour
une même force, plus la surface va augmenter , plus la pression va diminuer et vice
versa plus la surface va diminuer plus la pression augmentera.
Quelques exemples dans la vie courante :
1) Un bulldozer possède des chenilles pour éviter de s’enfoncer dans la boue
2) Lorsqu’on skie on s’enfonce moins dans la neige que si on est en « chaussures »
3) Essayer de couper votre viande avec une spatule de cuisine , par contre, faites de
même avec un couteau . (n’oubliez pas qu’on aiguise un couteau : c’est simplement
pour diminuer la surface de contact avec l’objet à trancher)
Nous allons maintenant effectuer plusieurs problèmes sur la pression : nous allons apprendre
comment résoudre un problème qu’il soit de physique, chimie et biologie
Voici un exercice-type :
Quelle sera la pression exercée par une lame de couteau dont la tranche possède une longueur
de 20 cm et une largeur de 0, 05 mm lorsqu’on appuie sur la lame avec une force de 40 N ?
(On admet que la lame est rectangulaire)
Première étape : Lire l’énoncé et le « décrypter » , c’est-à-dire voir où sont les choses
importantes (repérer les données, repérer l’inconnue,….)
Deuxième étape : Transcrire l’énoncé en données, inconnue(s), formule(s) et résolution
1) Données :
F = 40 N (bien noter les initiales comme dans les formules) (il suffit ensuite de remplacer
les valeurs par la lettre correspondante)
S = ? On ne connaît pas la surface de la lame , il faut donc la calculer , n’oublions-pas que
nous travaillons en m²  S rectangle = l . L = 0,2 . 0,00005 = 0,00001 m²
9
2) Inconnues
P = ? en (Pa)
3) Formules
P = F/S
4) Résolution
La Pression P sera donc égale à F = 40 (N) divisé par la surface 0,00001 m² donc nous
aurons une pression de 4 000 000 de Pa
Cette méthode de résolution est « universelle » , nous allons donc refaire quelques
exercices du même type
2. Une personne est debout . La surface de contact est de 220 cm2 par pied . Elle chausse
ensuite des skis et , dans ce cas, la surface est de 1640 cm² . Calculez la pression au sol
exercée par cette personne dans les deux cas .
(réponses : 13 636 Pa et 3659 Pa) (à vous de jouer pour transcrire le tout)
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2.2) La Pression atmosphérique
Voici un tableau donnant des paramètres météorologiques (1 octobre 2006 )
*: Station
Humidité
Température
Pression
Automatique
Rel.
Région
Type de
temps
Vent
T (°C)
U (%)
P (hPa) Direction Vitesse(km/h)
Beauvechain
20,3
64
1009,4
SSO
29
partiellement
nuageux
Beitem*
18,3
74
1008,0
SSO
22
-
Buzenol*
19,3
64
1012,3
SO
11
-
Charleroi
19,1
69
1010,4
SSO
32
partiellement
nuageux
Chièvres*
19,1
75
1009,0
SSO
29
bruine
Coxyde
19,6
69
1007,2
SSO
32
partiellement
nuageux
Deurne
20,4
70
1008,7
SSO
29
partiellement
nuageux
Dourbes*
16,8
84
1011,3
SSO
22
-
Elsenborn*
17,8
61
1010,6
SO
18
-
Florennes
17,0
77
1010,6
SSO
29
partiellement
nuageux
Gand*
19,8
66
1008,0
SSO
29
-
Humain*
18,0
67
1010,6
SO
22
-
Kleine Brogel
19,3
72
1009,9
SSO
11
partiellement
nuageux
Liège
18,2
72
1011,1
SSO
22
partiellement
nuageux
Melle*
19,8
63
1009,0
SSO
25
-
Melsbroek
20,2
64
1008,8
SSO
25
partiellement
nuageux
Middelkerke
19,8
63
1006,9
SSO
32
partiellement
nuageux
Mont-Rigi*
15,7
69
1012,0
SO
18
-
Retie*
21,1
71
1008,8
SSO
18
-
Schaffen*
21,0
62
1009,4
S
22
-
Spa
16,9
63
1010,6
SSO
29
très nuageux
St-Hubert
16,6
73
1011,5
OSO
22
partiellement
nuageux
Uccle
20,0
63
1008,9
SSO
29
partiellement
nuageux
11
Dans ce tableau , trouvez la colonne qui correspond à une pression .
…………………………………………………………………………………………………
Les instruments servant à mesurer la pression atmosphérique sont appelés des
BAROMETRES
Expérience de Toricelli
Expérience de Toricelli
Le mercure étant 13,6 fois plus dense que l'eau, Toricelli
pense qu'une colonne de mercure de 76 cm (10,33 m /
13,6 = 0,76 m) pourra être tenue en équilibre par
l'atmosphère. En 1643, il construit le premier baromètre à
mercure: il remplit un tube de 1 m de long avec du
mercure, le bouche et le retourne dans une cuve ellemême remplie de mercure avant de le « déboucher ».
Toricelli constate alors que le niveau de mercure baisse
dans le tube et s'arrête à 76 cm au-dessus du niveau du
mercure dans la cuve. Il obtient ainsi 24 cm de vide dans
le tube au-dessus du mercure (en réalité ce volume est
occupé par de la vapeur de mercure mais la pression est
effectivement très faible).
Le baromètre à mercure est né , plusieurs types de baromètres suivent enfin , le principe est
qu’un corps métallique est déformé par le changement de pression atmosphérique , le
mouvement ainsi engendré est transmis à une aiguille , actuellement ce sont des palpeurs
électroniques qui se chargent de cela , les baromètres sont maintenant à cristaux liquides .
Du point de vue historique, une des plus belles expériences de mise en évidence de la pression
atmosphérique est l’expérience des « hémisphères de Magdeburg » imaginée par Von Gericke
12
En fait , le vide a été fait dans les deux cloches représentées ci-dessous
On a ensuite tiré ces deux cloches sous vide avec 2 trains de 6 chevaux et on n’a pas su les
séparer .
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