Physique Chapitre 3 Actions mécaniques. Forces. 1. Interactions et

Physique Chapitre 3
Actions mécaniques. Forces.
1. Interactions et forces.
Activité. Un joueur lance verticalement un ballon.
1. Décrire les différentes phases du mouvement du ballon entre
l’instant où il est tenu immobile dans les mains du joueur et celui où
il est récupéré et immobilisé par ce dernier. Indiquer pour chaque
phase comment varie le vecteur vitesse du centre du ballon.
2. Identifier les interactions possibles entre le ballon et le milieu environnant. Construire un
« diagramme objets-interactions ».
3. Pour chacune des phases, représenter les actions (forces) subies par le ballon.
2. Qu’est-ce qu’une force ?
2.1. Définition.
On appelle force toute cause capable de modifier
le mouvement d’un corps (modifier le vecteur
vitesse) ou de déformer un corps.
2.2. Mesure de la valeur (ou intensité) d’une force.
Instrument de mesure : le dynamomètre. Unité : le newton (N)
2.3. Modélisation : le vecteur force.
Représenter la force exercée par le fil (f) sur le solide (S).
Les attributs (ou caractéristiques) d’une force sont :
- son point d’application ; - sa direction ; - sons sens ; sa valeur.
2.4. Composition et décomposition d’une force.
Exercice.
Un pétrolier est tiré par deux remorqueurs.
Les câbles qui relient les remorqueurs au pétrolier
exercent sur celui-ci des forces de traction de
même valeur 1000 kN. Déterminer les
caractéristiques de la résultante des forces de
traction :
a. par une méthode graphique.
b. par le calcul.
Exercice.
Un camion roule selon la direction . Le vent
violent exerce des forces réparties en surface,
assimilables à une force unique
F
de valeur
5000 N, inclinée d’un angle  = 30° avec la
direction  (schéma).
1. Représenter sur le schéma les composantes
t
F
selon  et
n
F
perpendiculaire à , de la
force
F
.
2. Exprimer Ft et Fn en fonction de .
Application numérique.
3. Quelles sont les influences respectives de
t
F
et
n
F
sur le mouvement du camion ?
A
B
FA/B
ou
FAB
S
f
Schéma 1

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3. Exemples de forces.
3.1. Actions localisées ponctuellement.
a. Tension d’un fil. Schéma 1.
b. Tension d’un ressort. Schéma 2.
Loi de Hooke.
La tension du ressort est
proportionnelle à sa variation
de longueur.
T =
Préciser les unités.
3.2. Actions réparties.
Le mouvement du centre d’inertie G du solide soumis à ces actions peut être décrit par une force
unique, résultante de toutes ces actions.
3.2.2. Actions à distance, réparties en volume.
a. Exemples.
b. Poids d’un corps.
- Nature physique.
- Caractéristiques.
3.2.1. Actions de contact réparties en surface.
a. Réaction d’un support.
Ici nous nous situons dans le cas particulier d’un solide homogène, immobile dans le
référentiel d’étude.
G
ressort étiré
l0
l
l
l
l
ressort à vide
ressort comprimé
Schéma 2

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b. Forces pressantes exercées par les fluides. Poussée d’Archimède.
Tout corps plongé dan un fluide (liquide ou gaz) au repos reçoit de la part de ce dernier une
poussée verticale ascendante égale au poids de fluide déplacé.
Représenter sur le second schéma la poussée d’Archimède
A
F
subie par le solide. A quoi correspond
le « poids de fluide déplacé » ?
Soit Vi le volume immergé, L la masse volumique du liquide, g la valeur de la constante de
pesanteur.
- Exprimer la valeur FA de la poussée d’Archimède en fonction de L, Vi et g. Préciser les unités.
- Exprimer
A
F
en fonction de L, Vi et
g
.
c. Force de frottement fluide.
Le solide est animé d’un mouvement de translation dont
v
est le vecteur vitesse.
La force de frottement exercée par le fluide sur le solide
est colinéaire au vecteur vitesse et de sens contraire.
Représenter cette force
f
, appliquée en G.
Pour les petites vitesses, de l’ordre de quelques cm.s-1, la valeur de la force de frottement est
proportionnelle à la vitesse ; pour les vitesse de l’ordre de quelques m.s-1, elle est
proportionnelle au carré de la vitesse.
Traduire ces deux informations par une relation littérale.
Donner une expression vectorielle de cette force dans le cas des plus petites vitesses.
4. Un rappel : le principe des interactions.
1. Quelle est la force représentée sur
le 1er schéma ci-contre ?
2. En déduire la représentation de la
force de propulsion exercée par le
sol (S) sur le marcheur (M).
eau
barrage
liquide homogène
(L)
G
(S)
G
(S)
v
fluide

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exercice 3.
Une luge descend une pente enneigée inclinée d’un
angle  par rapport au plan horizontal. Exprimer, en
fonction de m, g et , les coordonnées du poids
P
dans le repère (O,
i
,
j
).
O
i
j