STATIQUE DES SOLIDES

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STATIQUE DES SOLIDES
Un solide est caractérisé par une forme qui lui est propre.
Un solide est en équilibre lorsqu'il est immobile dans un repère donné. Cet équilibre est dû à des
actions mécaniques appliquées par l'environnement.
La statique du solide est l'étude des relations entre les actions mécaniques qui assurent l'équilibre du
solide.
I- Actions mécaniques
Une action mécanique appliquée à un solide peut avoir des effets dynamiques ou statiques.
1- Effets dynamiques
a) Le footballeur frappe le ballon du pied
Référentiel : la Terre
Avant l'action mécanique :
le ballon est au repos.
Après l'action mécanique :
le ballon subit cette action ;
il se met en mouvement.
Une action mécanique peut mettre en mouvement un solide.
bille d'acier
b) Action d’un aimant sur une bille en acier
Référentiel : la Terre
trajectoire de la
bille
Avant : la bille a une trajectoire rectiligne.
À courte distance, l'aimant exerce une action
aimant
mécanique sur la bille d'acier et modifie sa
trajectoire.
Une action mécanique peut modifier le mouvement d'un solide.
2- Effets statiques
a) archer tient l'arc
archer bande l'arc
flèche dans le mille
avant : action de la
pendant : action de
après l'action de la main droite
main droite sur la
la main droite sur la
sur la corde, l'arc reprend sa forme
corde de l'arc
corde de l'arc.
initiale : il est élastique
Attention : l'action de la main droite ne peut déformer l'arc s'il n'y a pas simultanément
une action de la main gauche.
Une action unique (seule) appliquée à un solide ne peut qu'avoir des effets dynamiques.
Une action mécanique, lorsqu'elle n'est pas la seule appliquée, peut déformer un solide.
Ph. Georges
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b) Lectrice tenant un livre dans sa main
Une action mécanique peut maintenir un solide en équilibre.
II- Les forces
1- On appelle force toute cause capable de :
- mettre en mouvement ou maintenir en équilibre un solide ;
- modifier un mouvement ;
- déformer ce solide.
2- Caractéristiques d'une force
Toute force possède 4 caractéristiques :
- sa direction ou droite d'action ;
- son sens ;
- son intensité mesurée en newtons (norme) ;
- son point d'application.
Les trois premières caractéristiques sont celle d'un être mathématique : le vecteur.
Une force sera représentée par un vecteur dont l'origine est placée au point d'application de la force.
L’intensité d’une force se mesure avec un dynamomètre.
L’unité du SI de la force est le newton de symbole N.

La force exercée par la main sur le fil s’écrit : Fmain / fil .
A

Fmain / fil
Son point d’application est A.
III- Nature des forces
1- Forces intérieures et forces extérieures
Avant toute étude mécanique, il faut définir avec précision le système étudié.
Un solide (déformable ou non) ou un ensemble de solides constitue un système.
Tout ce qui appartient au système est dit intérieur ; ce qui n'appartient pas au système est le milieu
extérieur.
Pour l'étude d'un système, il faut faire l'inventaire des seules forces extérieures appliquées au
système.
Remarque : les forces intérieures se compensent en vertu du Principe d'interaction.
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2- À distance ou de contact – Répartie ou localisée
Force à distance
Force de contact
Force répartie
Force localisée ou ponctuelle
Il n'y a AUCUN CONTACT entre le système qui subit la
force et celui qui crée cette force
Il y a CONTACT entre le système qui subit la force et celui
qui la crée.
Il s'agit d'une force s'exerçant EN TOUT point d'une surface
ou d'un volume.
Elle agit sur une petite zone assimilable à UN POINT : le
point d'application.
À partir de ces définitions faire une classification des forces suivantes ; donner des exemples
supplémentaires.
Force électrique
Poids d'un corps
Action d'un support
Force magnétique
Tension d'un fil
Tension d'un ressort
Barrage
Ballon en sustentation
Forces nucléaires
Vent sur une voile
Poussée d'Archimède
Locomotive sur un wagon
Chaise sur le sol
Air sur tous les objets
Forces de frottement
Le plus souvent les forces réparties peuvent être remplacées par une force unique équivalente à
l'ensemble des forces élémentaires. Le point d'application est alors fixé de façon arbitraire (centre de
gravité pour le poids – Point de contact pour la réaction d'un support)
S/B+C
Exemple : une balle est suspendu à une corde
(S)
er
1 système {balle seule}
* Forces extérieures
(C)
T/B : force à distance répartie
 C/B
C/B : force de contact localisée
 B/C
(B)
2ème système {balle + corde}
 C/B
 B/C
 T/B+C
* Forces extérieures
T/B+C : force à distance répartie
S/B+C : force de contact localisée
* Forces intérieures
C/B : force de contact localisée
B/C : force de contact localisée
Ph. Georges
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3- Application : Obélix " Quelle galère !!"
Obélix est tiré par une galère.
Pour les différents systèmes considérés, faire le bilan des forces extérieures et
intérieures au système, et préciser la nature des forces : à distance ou de contact ;
localisées ou réparties.
a) Obélix
Forces extérieures
Poids d'Obélix : force répartie à distance
Action des skis : force de contact répartie
tension du câble : force de contact localisée
Action de l'air ambiant : force de contact répartie
b) Les skis
Forces extérieures Le poids des skis
L'action de l'eau sur les skis
L'action du skieur sur les skis
Action de l'air ambiant
c) Obélix sur les skis
Forces extérieures
Forces intérieures
Poids du système
Action des skis sur Obélix
Action de l'eau sur les skis
Action exercée par Obélix sur les skis
Tension du câble
Action de l'air ambiant
d) Le câble qui relie la galère à Obélix
Forces extérieures Poids du câble (que l'on peut négliger)
Force exercée par la galère
Force exercée par Obélix
Action de l'air ambiant
e) L'ensemble {obélix + skis + câble + galère}
Forces extérieures
Poids du système
Forces intérieures
Action de l'eau sur le système
Obélix sur les skis et les skis sur Obélix
Action de l'air ambiant
Câble sur Obélix et obélix sur câble
Galère sur le câble et le câble sur la galère
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