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FICHE N°1 Activité ou TP
Comment faire l’inventaire des forces responsables du
mouvement d’un objet ?
Objectifs
 Amener les élèves à conditionner l’existence d’une force à celle d’une interaction (Il n’y a pas à
considérer de force associée au lancement après que l’objet a quitté la main du lanceur : la force cesse
dès que l’interaction disparaît).
 Apprendre à faire un inventaire complet et à effectuer une représentation semi-quantitative des forces
(c’est à dire telle que la résultante soit compatible avec la connaissance du mouvement du centre
d’inertie de l’objet).
Activité 1 : approche intuitive d’un problème
Les élèves travaillent en petits groupes de quatre ou cinq. Chaque groupe dispose d’un medecine-ball
1
mis
à sa disposition. Le professeur leur soumet la situation suivante :
Situation-problème
Un joueur lance verticalement vers le haut un medecine-ball.
1. Vous devez repérer et décrire les différentes phases dans le mouvement du medecine-
ball entre le moment où il est tenu immobile dans les mains du joueur et celui où il est
récupéré et immobilisé par ce dernier. (Vous pouvez vous aider en vous servant du
medecine-ball mis à votre disposition).
2. Pour chacune des phases précisez :
- comment, selon vous, varie la vitesse du centre du medecine-ball ;
- quelles forces s’exercent sur le medecine-ball ; les représenter sur une figure.
Chaque groupe produit ses figures sur une affiche ou sur un transparent. Les différentes productions sont
comparées et discutées.
Commentaires : La discussion pourra porter sur le nombre de phases du mouvement (2 ou 4 ?). Après
discussion, le professeur identifie les quatre phases du mouvement : le lancer, la montée, la descente et
la réception.
On s’attend à ce que des élèves appliquent une force verticale ascendante pendant la montée du medecine-
ball en considérant que l’action du lanceur continue à s’exercer après que le medecine-ball a quitté ses
mains. Enfin, il est possible que des élèves aient pris en compte l’action de l’air, d’autres non. A ce stade, le
professeur ne cherchera pas à trancher entre les différents points de vue.
Il précisera simplement aux élèves que le choix intuitif d’une force assurant la montée a été fait pendant
près de 2000 ans, d’Aristote à Newton, et que le mérite de ce dernier est d’avoir élaboré une explication
plus rationnelle et plus efficace en conditionnant de manière systématique l’existence d’une force à
l’identification d’une interaction. Le professeur proposera alors le passage à l’activité suivante.
1
Il s’agit d’un ballon rempli de sable dont la masse est de l’ordre du kilogramme. Les medecine-ball sont utilisés en
éducation physique. Il est possible de s’en faire prêter par les professeurs de cette discipline.

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Activité 2 : détermination des interactions
Il s’agit ici pour les élèves d’apprendre à identifier sans erreur toutes les interactions qui interviennent dans
une situation donnée. Ils y sont aidés par un outil d’inventaire appelé “ diagramme objets-interactions”.
Les élèves continuent à travailler en petits groupes. Le professeur distribue le document ci-dessous qui
précise les règles et conventions à respecter :
DIAGRAMMES OBJETS-INTERACTIONS
Représentation des objets
Objets ….. Terre et sol
Représentation du
système étudié
Représentation des interactions
à distance :
de contact :
avec frottements
fr
Exercice
Construisez les diagrammes Medecine-ball-interactions pour chacune des phases du
mouvement du medecine-ball lancé verticalement vers le haut.
Formulez votre réponse sur un transparent en respectant la disposition suivante :
Lancer
Montée
Descente
Réception
nom de
l'objet sol
Terre
système X

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Commentaires. Les productions des groupes sont discutées en classe. Après discussion, les résultats
retenus sont les suivants :
Activité 3 : représentation des forces qui agissent sur le
medecine-ball
L’objet étudié (ici le medecine-ball) étant bien identifié, il s’agit maintenant que les élèves apprennent à
choisir, pour chaque interaction, l’action convenable puis la modélisent par une force.
Les élèves travaillent toujours en petits groupes.
Le professeur distribue aux groupes les règles suivantes :
DES INTERACTIONS AUX FORCES : LES LOIS DE NEWTON
1. Modélisation d’une action par une force
 L’interaction d’un objet X avec un objet A comporte toujours deux actions : celle de A sur X et celle
de X sur A. On modélise l’action de A sur X par un vecteur appelé « force de A sur X » et noté :
XA
F/
. Sa valeur est exprimée en newton (N)
 L’objet X sur lequel s’exerce la force est représenté par un point 
2
.
 On représente graphiquement la force
XA
F/
en construisant à partir du point  une flèche dont la
direction et le sens sont donnés par les caractéristiques de l’action correspondante (verticale pour la
pesanteur, direction du fil pour un fil etc.) et dont la longueur est proportionnelle à la valeur de
XA
F/
.
2
On a choisi volontairement ici un point assez gros pour pouvoir représenter facilement deux vecteurs colinéaires.
Cette règle de schématisation permet de distinguer plus facilement les représentants de deux vecteurs égaux ou même
simplement colinéaires.
Main
Air
Terre
Main
Air
Terre
Air
Terre
Air
Terre
Lancer Montée Descente Réception
M-ball M-ball M-ball M-ball

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2. Lois de Newton
Première loi :
Dans un référentiel galiléen, si le vecteur vitesse
G
V
du centre d’inertie ne varie pas , la somme vectorielle
des forces qui s’exercent sur l’objet est nulle et réciproquement.
Deuxième loi :
Dans un référentiel galiléen, si le vecteur vitesse
G
V
du centre d’inertie varie, la somme vectorielle des
forces qui s’exercent sur l’objet n’est pas nulle ; sa direction et son sens sont ceux de la variation de
G
V
entre deux instants proches.
Troisième loi :
A une interaction entre un objet A et un objet B , correspondent deux forces : l’une, exercée par A sur B,
notée :
BA
F/
, la seconde, exercée par B sur A, et notée :
AB
F/
Les deux forces d’une même interaction sont toujours égales et opposées.
Exercice :
Le professeur donne aux groupes la consigne suivante :
Pour chacune des quatre phases, représentez les forces qui agissent sur le medecine-ball
en utilisant les règles précédentes .
Vous formulerez votre réponse sur un transparent en respectant la disposition suivante :
Lancer
Montée
Descente
Réception
Liste des forces qui
s’exercent sur le
medecine-ball
Comment varie la
vitesse du
medecine-ball ?
Digramme
Medecine-ball -
Interactions

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Commentaires L’action de l’air sur les objets comprend en général la poussée d’Archimède et les forces
de frottements. Cependant, dans le cas d’un medecine-ball, la poussée d’Archimède a un effet négligeable
devant les autres forces. Elle ne sera donc pas représentée.
Les productions des groupes sont discutées en classe. Après discussion, les résultats retenus sont les
suivants :
On pourra faire remarquer que :
 Pendant le lancer, la valeur de
MBmain
F/
est supérieure à la somme de celles de
MBair
F/
et de
MBTerre
F/
, le mouvement du medecine-ball vers le haut se faisant à vitesse croissante.
 Pendant la montée, la vitesse étant décroissante, les deux vecteurs
MBair
F/
et
MBTerre
F/
sont dirigés
vers le bas.
 Pendant la descente, la vitesse étant croissante, la valeur du vecteur
MBair
F/
dirigé vers le haut est
inférieure à celle de
MBTerre
F/
dirigé vers le bas.
 Enfin, pendant la réception, le mouvement étant descendant et la vitesse décroissante, la somme des
valeurs de
MBair
F/
et
MBmain
F/
est supérieure à celle de
MBTerre
F/
.
Compétences testées (cf. BO N°7 du 31 08 2000)
Compétences expérimentales et manipulatoires
 Analyser des résultats expérimentaux.
 Faire le schéma d’une expérience.
Lancer Montée Descente Réception
Fmain/MB
air/MB
Terre/MB
F
F
air/MB
Terre/MB
F
F
Terre/MB
F
F
F
F
air/MB
F
air/MB
main/MB
Terre/MB