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Partie II : Forces, Travail et Energie
Chapitre 3 : Les forces
Activité : Exemples de forces
1) Le poids
Situation : on considère une pomme en chute libre.
a) Définissez le système et le référentiel d’étude.
b) Faîtes l’inventaire des actions mécaniques s’exerçant sur le système.
c) Donnez les caractéristiques des forces qui modélisent ces actions mécaniques.
d) Schématisez la situation.
2) La tension d’un fil
Situation : on considère lustre suspendu à un fil.
a), b), c), d) Mêmes questions.
e) Discutez la relation entre ces forces.
3) La tension d’un ressort
Situation : on considère une masse accrochée à l’extrémité d’un ressort.
a), b), c), d), e) Mêmes questions.
4) La poussée d’Archimède
Situation : on considère un oeuf immergé dans de l’eau.
a), b), c), d), e) Mêmes questions.
5) La réaction d’un support plan
Situation : on considère une luge sur une piste enneigée.
5.1) Cas général
a), b), c), d) Mêmes questions.
5.2) Cas d’un mouvement rectiligne uniforme
a) Quelle est la relation entre les vecteurs forces si la luge glisse avec un mouvement rectiligne
uniforme ?
b) Schématisez la situation.
c) Projetez chaque force sur deux axes perpendiculaires pour obtenir deux équations algébriques.
d) Exprimez les composantes de la force que la piste exerce sur la luge en fonction de la masse de
la luge, de l’intensité de la pesanteur et de l’angle d’inclinaison de la piste.
5.3) Cas d’un système immobile
Que dire de la relation entre les forces si la luge est immobile ?
5.4) Cas où les frottements sont négligeables
a) Schématisez la situation si la luge glisse sur une plaque de glace où les frottements sont
négligeables.
b) Qu’en déduisez vous sur la résultante des forces qui s’exercent sur la luge ?
c) Qu’en déduisez vous sur le mouvement de la luge ?
5.5) Retour au cas général
En réalité les frottements augmentent lorsque la vitesse augmente.
Décrivez les différentes étapes du mouvement d’une luge qui glisse sur une piste.
PHYSIQUE 1ère S - PHYSIQUE 1ère S - PHYSIQUE 1ère S - PHYSIQUE 1ère S - PHYSIQUE 1ère S – 2007/2008
Partie II : Forces, Travail et Energie
Chapitre 3 : Les forces
Activité : Exemples de forces – Eléments de réponses
1) Le poids
 Comment caractériser l’action mécanique exercée sur une pomme en chute libre ?

Définition du système : le système étudié est la pomme

Actions mécaniques s’exerçant sur le système : l’action mécanique à distance exercée par
l’attraction gravitationnelle terrestre

Modélisation des actions mécaniques par des forces :
L’action mécanique exercée par la Terre est une action répartie dans tout le volume de la pomme.
L’action résultante est modélisée par une force P appelée poids et qui vaut : P = m x g
Le vecteur g caractérise la pesanteur du lieu ; c'est un vecteur vertical, orienté vers le bas dont la
valeur est l'intensité de la pesanteur du lieu (sa valeur moyenne à la surface de la Terre est g ≈ 9,8
N.kg-1).
Les caractéristiques du poids P sont :
- direction : la verticale du lieu
- sens : vers le bas (vers le centre de la Terre)
- valeur : P = m x g avec m en kg et g en N.kg-1
- point d'application : centre de gravité G du corps.
Exemple : pour une pomme de masse m = 60 g, le poids a une valeur P = 0,06 x 9,8 = 0,59 N
2) La tension d’un fil
 Comment caractériser les actions mécaniques exercées sur un lustre ?

Définition du système : le système étudié est le lustre

Actions mécaniques s’exerçant sur le système :
- l’action mécanique à distance exercée par l’attraction gravitationnelle terrestre
- l’action mécanique de contact exercée par le fil de suspension

Modélisation des actions mécaniques par des forces :
- Action mécanique exercée par la Terre : poids du lustre P = m x g
- Action mécanique exercée par le fil : elle est équivalente à une
force appelée tension et notée T dont les caractéristiques connues
sont :
- direction et sens: suivant le fil
- point d'application : A point d’attache du fil au lustre

Relation entre les forces :
Le lustre est repos et d’après le principe d’inertie, la résultante des
forces qui s’exercent sur lui est nulle : P + T = 0
T est une force verticale orientée vers le haut de valeur T = P = mg
3) La tension d’un ressort
 Comment caractériser les actions mécaniques exercées sur une masse accrochée à l’extrémité d’un
ressort ?

Définition du système : le système étudié est la boule

Actions mécaniques s’exerçant sur le système :
- l’action mécanique à distance exercée par l’attraction gravitationnelle terrestre
- l’action mécanique de contact exercée par le ressort
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Partie II : Forces, Travail et Energie

Chapitre 3 : Les forces
Modélisation des actions mécaniques par des forces :
- Action mécanique exercée par la Terre : poids de la
boule P = m x g
- Action mécanique exercée par le ressort : elle est
équivalente à une force appelée tension et notée T dont
les caractéristiques sont :
- direction : celle du ressort
- sens: opposé à la déformation du ressort
- point d'application : A point d’attache de la
boule au ressort
- valeur :
T = k x ΔL
avec
k la constante de raideur du ressort en N.m-1
ΔL= |L-L0| la déformation du ressort, L est la longueur du ressort déformé et
L0 est la longueur du ressort à vide.
4) La poussée d’Archimède
 Comment caractériser les actions mécaniques exercées sur un oeuf plongé dans l’eau ?

Définition du système : le système étudié est l’œuf

Actions mécaniques s’exerçant sur le système :
- l’action mécanique à distance exercée par l’attraction gravitationnelle terrestre
- l’action mécanique exercée par l’eau

Modélisation des actions mécaniques par des forces :
- Action mécanique exercée par la Terre : poids de l’œuf P = m x g
- Action mécanique exercée par l’eau : elle est équivalente à une
force appelée poussée d’Archimède et notée Π dont les
caractéristiques sont :
- direction : verticale
- sens: vers le haut
- point d'application : C centre de poussé (c’est le centre d’inertie du fluide déplacé)
- valeur : la valeur de la poussée d’Archimède correspond au poids du fluide déplacé
(fluide dont l’objet immergée a pris la place)
Pour un objet immergé de volume V dans un fluide de masse volumique μ, la poussée
d’Archimède vaut :
П=μxVxg

avec
μ en kg.m-3
V en m3
g en N.kg-1
Relation entre les forces :
La condition de flottement d’un objet immergé correspond à une poussée d’Archimède égale au
poids de l’objet. Dans ce cas : P + Π = 0 ce qui revient à μobjet < μfluide
Si l’objet est immergé et que la poussée d’Archimède est supérieure à son poids, il remonte à la
surface et flotte. C’est le cas si l’objet est moins dense que le fluide dans lequel il est immergé. La
condition P < П revient à μobjet < μfluide.
Dans le cas contraire (μobjet > μfluide) l’objet coule.
5) La réaction d’un support plan
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Partie II : Forces, Travail et Energie
Chapitre 3 : Les forces
a) Cas général
 Comment caractériser les actions mécaniques exercées sur une luge ?

Définition du système : le système étudié est la luge et son occupant

Actions mécaniques s’exerçant sur le système :
- l’action mécanique à distance exercée par l’attraction gravitationnelle
terrestre
- l’action mécanique de contact exercée par le sol (la piste)

Modélisation des actions mécaniques par des forces :
- Action mécanique exercée par la Terre : poids de la luge et de son
occupant P = m x g
- Action mécanique exercée par le sol : c’est une action répartie sur
toute la surface de contact entre la luge et le sol, elle est équivalente
à une force appelée réaction du sol et notée
caractéristiques sont à priori inconnues.

R
dont les
Caractérisation de la réaction du sol :
La réaction du sol est une force R que l’on décompose en deux forces RN et RT :
 RN est la composante normale de la réaction du sol : c’est une force perpendiculaire
au sol et orientée vers le haut.
 RT est la composante tangentielle de la réaction du sol : c’est une force parallèle au
sol et qui est opposée au mouvement.
La force RT est aussi appelée force de frottement et notée f .
b) Cas d’un mouvement rectiligne uniforme
 Que dire de la relation entre les forces si la luge avance avec une vitesse constante?
Si la luge a un mouvement rectiligne uniforme, le principe d’inertie s’applique et impose que la
résultante des forces qui s’exercent sur le système est nulle : P + R = 0
Pour exploiter cette relation vectorielle il faut la projeter sur les deux
axes d’un repère convenablement choisi. On choisi de projeter les forces
sur les deux axes parallèle à perpendiculaire au sol.
Sur ces deux axes, le poids se décomposent en deux composantes PN et
PT
Grâce aux relations de trigonométrie dans un triangle rectangle, on peut
montrer que :
PN = P x cos θ = m g cos θ
et
PT = P x sin θ = m g sin θ
avec θ l’angle que fait la pente avec l’horizontale
Les forces se compensent et donc PN + RN = 0 et PT + RT = 0 ce qui donne :
et
RN = m g cos θ
RT = m g sin θ
c) Mise en mouvement et frottements
 Que dire de la relation entre les forces si la luge est immobile ?
Si la luge est immobile, le principe d’inertie s’applique comme dans le cas d’un mouvement rectiligne
uniforme. Toute l’étude précédente est valable.
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Partie II : Forces, Travail et Energie
Chapitre 3 : Les forces
d) Cas ou les frottements sont négligeables
 Que se passe t-il si la luge passe sur une plaque de glace ?
Lorsque le luge passe sur une plaque de glace, les frottements de la luge sur la
glace sont très faibles et peuvent être négligés. Dans ce cas RT = 0 et seule la
force RN est non nulle.
Lorsque les frottements sont négligés la réaction exercée par le sol est
perpendiculaire au support.
Dans ce cas on voit que : P + R ≠ 0 .
D’après le principe d’inertie : le mouvement n’est pas rectiligne uniforme : la
luge accélère.
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