Chapitre 2 : Actions et forces

I Modélisation

1 Modélisation d’une action

Pour modéliser une action on utilise un diagramme système-action :

2 Modélisation d’une force

Une force a quatre caractéristiques :
- son point d’application
- son intensité (en newton)
- sa direction
- son sens
Ses caractéristiques sont les mêmes que ceux d’un vecteur, une force sera donc représentée par un vecteur.

Exemple : le poids
- son point d’application : le centre de gravité
- sa valeur (en Newton) : donner par la relation P = m x g
- sa direction : verticale
- son sens : vers le centre de la Terre (vers le bas)

Dans la relation P = m x g :
P est la poids en newton (N)
m est la masse en kilogramme (kg)
g est l’intensité de pesanteur en newton par kilogramme (N/kg), sur Terre g est environ égale à 9,81 N/kg.

II Principe des interactions réciproques

Si un système A exerce une force sur un système B alors le système B exerce aussi une force sur le système A.
Ces deux forces ont la même direction, la même valeur mais des sens opposés.

Exemple :
Un objet posé sur une table subit son poids mais ne s’enfonce pas dans la table car la table exerce une force sur l’objet de même direction et de même valeur que le poids de l’objet.

III Exemples de force

A Les forces à distance

Certaines forces n’ont pas besoin de contact physique pour s’exercer, par exemple la force magnétique ou la gravitation.
La gravitation est la force d’attraction qui existe entre deux masses.
Pour deux masses A et B elle s’exprime avec la formule suivante :

F_A/B = G m_Am_B / d²

avec :
- F_A/B la force exercée de A sur B en newton (N)
- G la constante gravitationnelle universelle qui vaut 6,67 x 10^-11 N.kg².m^-2
- m_A la masse de A en kilogramme (kg)
- m_B la masse de B en kilogramme (kg)
- d_A-B la distance entre A et B en mètre (m)

Remarque :
F_A/B = F_B/A mais F _A/B = - F _B/A

Le poids est un cas particulier de la force gravitationnelle, en effet c’est la force de gravité qu’exerce la Terre sur un système à sa surface.
La formule P = m x g est la même formule que F_A/B = G m_Am_B / d² dans ce cas.

En effet pour le poids d’un objet A à la surface de la Terre on a :
m_B est la masse de la Terre soit m_B = 5,972 × 10²⁴ kg d_A-B est le rayon de la Terre soit d_A-B = 6 371 km

d’où : F_A/B = G m_Am_B / d² = 6,61 x 10 ^{- 11} x m_A x 5,972 x 10 ²⁴ / (6371 x 10 ³) ² On trouve F_A/B = m_A x 9,8 soit environ F = m x g

B les forces de contact

La force exercée par un support est appelée réaction du support, est la force de contact exercée par le support sur le système étudié.
Elle est $\overrightarrow{R}$ , a une direction perpendiculaire au support et elle est orientée du support vers le système.
La force exercée par un fil $\overrightarrow{F}$ _{fil / système} , aussi appelée tension $\overrightarrow{T}$ d’un fil, est la force de contact exercée par le fil sur le système étudié.Cette force a la même direction que le fil. Elle est orientée du point d’accroche du système vers le fil.



QCM d'entraînement

lien vers le manuel
Exercices
QCM p 186
10, 13, 16 p 187
26 p 190