Les forces
Introduction
Les mouvements sont dus à des actions sur les objets.
Comment décrire ces actions ? Quel modèle utiliser ? Qu’est-ce que le poids et la gravitation ?
L'action mécanique
Caractéristiques
Définition
Une action mécanique est l’action d’un objet sur un autre. Cette action peut se faire au contact direct ou à distance dans certains cas précis.
Propriété
Une action mécanique peut avoir pour effet de mettre en mouvement.
Exemple : le ballon de football est mis en mouvement par l’action du pied du joueur sur lui.
Une action mécanique peut également modifier le mouvement (trajectoire et/ou vitesse) d’un objet.
Exemple : une déviation de ballon de la tête, l’action de la tête modifie la trajectoire et la vitesse du ballon.
Une action mécanique peut aussi déformer un objet.
Exemple : lorsqu’on saute sur un trampoline, la toile est déformée.
Diagramme objet-interaction
Pour représenter l’ensemble des interactions sur l’objet de l’étude, on réalise un diagramme objet-interaction.
Pour établir un diagramme objet-interaction, on doit suivre quelques règles :
l’objet d’étude est écrit et placé dans une bulle
tout objet agissant sur l’objet d’étude est écrit et placé dans une bulle (chaque objet a sa bulle)
des doubles flèches relient les objets agissant les uns sur les autres
une flèche pleine pour les actions de contact
une flèche en pointillés pour les actions à distance
Exemple
Par exemple pour le ballon frappé par le joueur de football :
Exemple de diagramme objet-interaction
Les forces
Propriété
En physique, les actions mécaniques sont représentées par des forces.
Les forces sont représentées par des segments fléchés. Une force possède 4 caractéristiques :
un point d’application = le point d’origine du segment
une direction = la droite directrice
un sens = le sens de la flèche
une intensité / une valeur = la longueur du segment. On mesure la valeur d’une force avec un dynamomètre.
Caractéristiques d'une force
Propriété
L’unité de la force est le newton, noté .
La gravitation
Description
Définition
La gravitation est une interaction fondamentale de l’Univers, c’est la plus ancienne des 4. Elle agit partout, pour tous les objets ayant une masse.
Propriété
Deux corps et de masses et , séparés d’une distance d, s’attirent mutuellement du fait de leur masse.
Cette interaction, l’interaction gravitationnelle, est modélisée par deux forces de même direction, même valeur mais de sens opposés.
Schématisation de l'interaction gravitationnelle
Propriété
La valeur de la force exercée par sur est égale à la valeur de la force exercée par sur .
Leur valeur est :
Avec :
qui est la constante de gravitation universelle
, la valeur de la force en
la distance séparant et , en
et les masses des deux corps en
Le poids
Définition
La force exercée par un astre sur tout objet à proximité de sa surface (et sur la surface) est appelée le poids.
Propriété
Les caractéristiques de cette force sont :
point d’application : le centre de gravité de l’objet
direction : verticale
sens : vers le bas
valeur :
avec le poids en , la masse en et l’intensité de la pesanteur sur l’astre considéré (en )
Caractéristiques de la force "poids"
Différence entre poids et masse
Propriété
La masse est la même, quel que soit l’endroit où on se trouve. La masse est invariante et s’exprime en .
Le poids est une force, il dépend de l’intensité de la gravité à l’endroit où on se trouve. Le poids peut varier et s’exprime en .
Exemple
Par exemple pour la Terre tandis que pour la Lune
Astre | Terre | Lune |
Masse | 981 kg | 100 kg |
Poids | 981 N | 162 N |
On semble beaucoup plus « léger » sur la Lune car on est beaucoup moins attiré par le sol que sur la Terre.
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