Le système étudié sera modélisé par un point.
Le système étudié peut être soumis à différentes actions mécaniques de la part de l’extérieur.
Comme vu collège, une action mécanique est l’action d’un objet sur un autre.
Une action mécanique est modélisée par une force.
On représente une force par un vecteur qui a pour caractéristiques :
Direction : celle de la droite d’action de la force
Sens : celui de la force
Norme : proportionnelle à la valeur de la force.
L’unité de la force est le Newton notée N.
Si plusieurs forces s’exercent sur un système, la somme de toutes ces forces est la force résultante.
Les actions mécaniques peuvent se ranger en deux catégories selon leur fonctionnement.
Actions de contact : frapper dans un ballon, tirer sur une corde, appuyer sur une pédale, etc.
Actions à distance : les aimants qui s’attirent ou se repoussent, la Terre qui nous attire, etc.
Une action à distance peut agir même s’il y a contact !
Le diagramme objet action permet de faire le bilan des forces qui s’exercent sur le système étudié.
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 et une flèche en pointillés pour les actions à distance.
Pour le ballon frappé par le joueur de football, on obtiendra le diagramme objet-interaction suivant :
La même direction
Des sens opposés
Une même valeur
Ce principe est valable aussi bien pour des actions de contact que des actions à distance.
L’interaction gravitationnelle entre deux objets de centres respectifs et , de masses et , distants de d, peut être modélisée par deux forces et .
Ces deux forces sont opposées donc :
De plus, elles ont :
Une même direction : celle de la droite passant par et .
Des sens opposés : de vers pour et de vers pour .
Des points d'application différents : s'applique en et s'applique en .
Une même valeur telle que :
où :
et sont en
est en
est en
Le poids d’un objet à la surface d’un astre est assimilé à la force d’interaction gravitationnelle exercée par cet astre sur cet objet.
Ici, la distance sera en fait le rayon de l’astre car cette longueur est bien plus grande que celle entre l’objet et la surface :
Au collège il a été vu que avec qui dépend de l’astre sur lequel on se trouve.
On va donc la noter (l’intensité de pesanteur) et on a alors : .
Ainsi : .
Le poids va donc dépendre de deux caractéristiques de l’astre : sa masse et son rayon (sa taille)
Le poids d’un système de masse m est : .
est le vecteur associé à la pesanteur sur l’astre où se trouve le système, il est vertical dirigé vers le bas.
et ont la même direction, et le même sens, ils dépendent du lieu où se trouve le système.
Lorsque le système étudié est maintenu par un fil ou posé sur un support, alors ce fil ou ce support exerce une action de contact sur le système.
Lorsque le système étudié est soumis à l’action d’un fil, alors la force modélisant cette action a :
Une direction : celle du fil
Un sens : du système vers le fil
Lorsque le système étudié n’est soumis qu’à son poids et à l’action d’un support, et qu’il est immobile, alors selon le principe des actions réciproques :