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SÉQUENCE 3
PARTIE 3
Actions mécaniques et forces
Dans les parties précédentes, nous avons vu que des objets en mouvement n’ont pas forcément la même trajectoire ni la même vitesse. Un même objet peut aussi voir sa trajectoire et/ou sa vitesse changer lors de son déplacement. Ce sont les actions mécaniques qui s’exercent sur les objets qui en sont la cause.
1. Notions d’action mécanique et de force
A. Qu’est-ce qu’une action mécanique?
→ Lorsqu’un corps agit sur un autre corps, on dit qu’il exerce une action mécanique. Le corps qui exerce l’action mécanique est l’acteur, celui qui la subit est le receveur.
→ Une action mécanique est une action : - de contact si l’acteur touche le receveur.
- à distance s’il n’y a pas de contact entre l’acteur et le receveur.
→ Ce sont les actions mécaniques qui s’exercent sur un corps qui sont responsables des modifications de sa vitesse et/ou sa trajectoire.
→ Une action mécanique peut être modélisée (représentée) par une force. On parle ainsi indifféremment d’action mécanique ou de force.
B. Quelles sont les caractéristiques d’une force?
→ Une force est caractérisée par :
- un point d’application : point où s’exerce la force
- une direction : verticale, horizontale, ...
- un sens : vers la droite, vers le bas, ...
- une valeur en newton (N) mesurée avec un dynamomètre
→ Sur un schéma, une force est représentée par un vecteur force, noté F
acteur/receveur. Le vecteur force est un segment fléché qui part du point d’application, de mêmes direction et sens que la force et dont la longueur du vecteur est proportionnelle à la valeur de la force.
→ Application : Donnons les caractéristiques de la force exercée par une table sur une gomme et représentons le vecteur force associé
F (^) table/gomme.
Caractéristiques :
- point d’application : milieu de la surface de contact
- direction : verticale
- sens : vers le haut
- une valeur en Newton: Ftable/gomme = … N
Représentation du vecteur force :
Sens (donné par la flèche)
Nom du vecteur
Point d’application Direction
gomme table
Facteur/receveur.
2. Focus sur deux forces particulières
A. Le poids d’un objet (force de pesanteur)
→ Le poids d’un corps est la force d’attraction qu’exerce la Terre sur ce corps au voisinage du sol. Il varie en fonction du lieu où se trouve le corps contrairement à la masse du corps qui reste constante.
→ C’est une force à distance, modélisée par le vecteur force
P, et dont les caractéristiques sont :
×
P
Point d’application : centre de gravité du corps Direction : la verticale du lieu où est le corps Sens : vers le bas Valeur telle que : P = m g avec P en N, m en kg et g en N/kg (ou N.kg 1 )
Remarque : g est l’intensité de pesanteur telle que g = 9,8 N.kg -1^ sur Terre.
→ Quand un corps, lâché avec ou sans vitesse initiale, n’est soumis qu’à son poids et à aucune autre force, on dit que le corps est en chute libre.
B. La force d’interaction gravitationnelle
→ Deux corps A et B, de masse m (^) A et mB et distants de d, exercent l’un sur l’autre une force gravitationnelle attractive. On dit qu’ils sont en interaction gravitationnelle.
→ Les caractéristiques de la force d’interaction gravitationnelle sont :
= = ×
×
F F G
m m
d
F
Point d’application : centre de gravité du corps qui subit la force. Direction : celle de la droite qui relie les centres A et B des deux corps. Sens : vers le centre du corps qui exerce la force.
Valeur telle que : (^) A /B B/ A A^2 B avec m , mA B en kg et d en m
Remarque : G est la constante de gravitation universelle telle que G = 6,67.10-11^ N.m^2 .kg- (cette valeur n’est pas à connaitre).
→ Si le corps qui subit la force d’interaction terrestre est situé à une altitude h du sol terrestre, on peut écrire que : d = RT + h avec RT : rayon de la terre en mètre h : altitude du corps en m
On a alors : P=F G
m M
(R +h)
Terre/corps Tu T
2
= ×
×
et : × = ×
×
m g G
m M
(R +h)
T
T
2 avec RT^ et h en m
