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Physique, Chapitre 3 PREMIERE S FORCES MACROSCOPIQUES S’EXERCANT SUR UN SOLIDE

Physique, Chapitre 3 PREMIERE S FORCES MACROSCOPIQUES S’EXERCANT SUR UN SOLIDE I – Interactions mécaniques et actions mécaniques 1°) Le système et le milieu extérieur Exemple : Si on choisit le ballon comme système, on note :{ballon} Le milieu extérieur est constitué par le fil, l’air et la Terre. La main de l’enfant ne constitue pas le milieu extérieur car elle n’interagit pas directement avec le fil. 2°) Les interactions a) Comment faire un bilan d’interactions ? Pour faire l’inventaire des interactions, on utilise le diagramme objets-interactions (DOI) en procédant comme suit :  Faire l’inventaire des objets concernés par l’étude Dans un problème proposé (avec ou sans dessin), tous les objets ne sont pas cités : il ne faut pas oublier ceux qui, bien que n’étant pas mentionnés, jouent un grand rôle en mécanique : - la Terre responsable de la pesanteur - les appuis (sol, plan incliné, plan horizontal…) sur lesquels les objets sont posés et qui font intervenir des interactions de contact.  Schématiser les objets On écrit leur nom dans des rectangles, dont la disposition ne correspond pas forcément à celle des objets en réalité.  Faire l’inventaire des interactions et les schématiser Pour cela : - considérer les objets par deux - se demander, pour chaque couple d’objets, s’ils sont en interaction - pour chaque interaction considérée, se demander si elle est en contact ou à distance - représenter les interactions par une double flèche : - en trait plein si l’interaction est de contact - en pointillés si l’interaction est à distance Remarque : Les interactions de contact peuvent être avec frottement, on notera alors fr Exemple : deux enfants jouent au jeu de la corde - 1/6 - b) Des interactions aux forces Des interactions aux actions mécaniques Dire qu’il y a interaction entre deux objets signifie que deux actions réciproques s’exercent simultanément. Changeons de point de vue et mettons-nous à la place d’un des objets. Prenons la corde de l’exemple précédent. L’action mécanique de l’enfant A sur la corde possède  un point d’application : _ _ _ _  une direction : _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _  un sens : _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _  une intensité Des actions mécaniques aux forces Lorsqu’un corps exerce une action mécanique sur un autre, celle-ci s’effectue selon une direction, un sens et une valeur précise : la modélisation de l’action mécanique nécessite l’utilisation d’un outil mathématique adapté : le vecteur force. L’action mécanique d’un objet A sur un objet C est modélisé par le vecteur force C / A F défini par :  son origine : _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _  sa direction : _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _  son sens : _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _  sa norme : _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Du DOI au bilan de forces s’exerçant sur un objet Faire le bilan des forces appliquées à la corde : - la force exercée par l’enfant A notée _ _ _ _ - la force exercée par l’enfant B notée _ _ _ _ - la force de la Terre sur la corde notée _ _ _ _ qui correspond au poids de la corde - 2/6 - II – Les différentes catégories d’actions mécaniques 1°) Actions réparties et localisées 2°) Actions de contact et actions à distance III – Quelques forces à connaître en plus des forces déjà étudiées lors du chapitre 1 de physique 1°) Le poids d’un corps Au voisinage de la Terre, tous les grains de matière sont soumis à la force d’attraction gravitationnelle de la Terre. Pour tout objet, cette force s’applique à chacune de ses particules, elle est donc répartie sur tout son volume. C’est une force répartie et à distance. Rq. : et ont donc même direction et même sens. 2°) La réaction d’un support  Cette force est répartie et de contact  L’ensemble des actions mécaniques exercées par un support sur un solide au niveau de la surface de contact les séparant est modélisé par une force appelée Réaction R . - 3/6 - Une action qui s’exerce en un point est dite localisée Une action qui s’exerce sur une surface ou un volume important est dite répartie N R R  Avec frottement Sans frottement 3°) La poussée d’Archimède La résultante des forces exercées par un fluide (liquide ou gazeux) sur un solide (partiellement ou totalement immergé) est modélisé par une force appelée Poussée d’Archimède  qui est une force répartie et de contact.  Rq. :  et ont donc même direction mais sont de sens opposé. - 4/6 - m k O A 0 ℓ0 ℓ x 4°) La force de rappel Il s’agit d’une force localisée et de contact (non extensible), la force de rappel T est exercée par un fil sur un solide.  Rq. : et ont donc même direction mais sont de sens opposé. IV - Les effets d’une force 1°) Déformation d’un corps Une force subie par un système peut le déformer. La déformation est qualifiée d’élastique si le système reprend sa forme initiale. Exemples : 2°) Empêchement d’un mouvement  Une force subie par un système peut empêcher sa mise en mouvement. Si tous les points du solide sont immobiles, le solide est en équilibre. Exemples : Action des frottements Action de la réaction Action de la poussée d’Archimède - 5/6 - A D1 D2 D3 3°) Mise en mouvement  Une force subie par un système peut le mettre en mouvement.   Exemples de mise en mouvement : Translation Rotation Rq. : Une force dont la direction rencontre l’axe de rotation d’un solide (D1) ou lui est parallèle (D2) n’a aucun effet sur sa mise en rotation autour de cet axe. Ici seule l’action selon la direction D3 permet la rotation du système.  Exemples : Action de la Action de la Action du Action des poussée d’Archimède réaction poids frottements - 6/6 - uploads/Finance/ ch3-forces-eleve.pdf