interactions entre les objets notions de forces i- les...
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Interactions entre les objets
Notions de forces
I- Les forces et leurs effets
Activité 1 : Les effets d’une force
Image 1
Image 2
Image 3
Tintin se trouve dans le train. Celui-ci s’arrête brusquement, tintin tombe.
Tintin qui était au départ au repos, s’est mis en mouvement.
Cet arbre était au départ droit, en
le poussant l’éléphant le déforme.
Si l’éléphant cesse de pousser,
l’arbre reprend sa position de
départ.
Que se passe-t-il pour le tigre,
après que Baloo l’ait attrapé ?
Il s’arrête.
Image 4
Image 7
Activité 2 : Complétez le diagramme ci-dessous
Je retiens
Les forces sont invisibles, par contre, on peut observer leurs conséquences,
leurs effets.
Les forces peuvent avoir trois effets sur un objet :
- Modification de la vitesse Exemple : mettre en mouvement ou arrêter un ballon
- Modifier la trajectoire Exemple : déviation de la trajectoire d’une balle
- Modifier la forme Exemple : déformation de la pâte à modeler
Lucien serre très fort de la plasticine
dans la main, celle-ci se déforme.
Une fois que Lucien desserre la main,
celle-ci conserve sa nouvelle forme.
Une bille en métal se déplace en ligne
droite. Lorsqu’un aimant se trouve à
proximité, sa trajectoire est déviée
II- Les différents types de forces.
1. Les forces de contact :
Les forces de contacts sont localisées. Elles agissent ponctuellement ou réparties sur une
surface.
Exemples : marteau sur un clou / vent dans une voile
2. Les forces à distance :
Les forces à distance agissent sans contact il s’agit des forces électromagnétiques et
gravitationnelles. Les forces à distance sont répartis en volume.
Exemples :
- Force de pesanteur ou poids d’un objet (action de la Terre sur cet objet)
- Force magnétique exercée par un aimant sur une bille d’acier
- Force électrostatique : papier attiré par une règle frottée, filet d’eau dévié…
III- Mesure de l’intensité d’une force
On utilise un dynamomètre. C’est un ressort qui s’allonge proportionnellement à l’intensité de
la force. L’unité d’intensité est le NEWTON (N).
IV- Représentation d’une force.
On représente une force par un segment fléché appelé vecteur. Ce vecteur est représenté
par un symbole indiquant toujours quel objet (émetteur) agit sur quel objet (récepteur).
Exemple : F marteau /clou
Toute force est caractérisée par 4 éléments :
- L’origine du vecteur correspond au point d’application de la force c’est-à-dire l’endroit où
agit la force (point de contact entre les objets : centre de gravité de l’objet)
- Le segment suit la direction de la force (droite selon laquelle agit la force)
- La flèche du vecteur indique le sens de l’action de la force
- La longueur du vecteur est proportionnelle à l’intensité de la force
Activité 3 : caractéristiques et représentation de quelques forces.
V- Interaction entre 2 objets – Notions
d’équilibre.
Activité 4 à compléter
VI- Une force universelle : La force gravitationnelle
1. Expression de la force gravitationnelle
La force gravitationnelle est une interaction qui cause une attraction entre des objets ayant
une masse. Elle est dite universelle car elle s’exerce entre tous les objets, elle s’exerce à
distance, elle dépend de la masse des objets et de la distance qui les sépare.
REMARQUE : la force gravitationnelle est une force très faible, il faut beaucoup de masse
pour observer un effet. Habituellement, ce n’est que les astres (comme la Terre) qui applique
une force gravitationnelle suffisamment imposante sur les objets pour être considérée dans
une situation observable.
C'est en 1687 qu'Isaac Newton révéla dans un ouvrage les résultats de ses recherches sur la
gravitation. Il proposa une relation qui permet de calculer la valeur de cette force:
Si un corps A et corps B ponctuels possèdent respectivement une masse mA et mB et sont
séparés par une distance d alors la valeur F de la force de gravitation qui s'exerce entre eux
est :
F = G x mA x mB Avec mA et mB en kg
d2 d en m
Dans cette formule G est la constante de gravitation : G = 6,67 x 10-11 N.m2.kg-2
Exercices d’application : « Newton et la gravitation » + exo fusée
2. Force gravitationnelle et poids
La force de pesanteur (ou poids) est un modèle simplifié de la force gravitationnelle.
Au voisinage de la Terre on appellera g champ de pesanteur terrestre ou intensité de la
pesanteur tel que
g = G x mT
d2
Donc l’expression de la force gravitationnelle (ou poids) devient
P = m x g P :poids en NEWTON m : masse en Kilogramme Kg g : intensité de la pesanteur en N/KG
Activité 5 : TP chargement d’un navire de marchandise
Les marchandises échangées à l’échelle mondiale sont majoritairement
transportées par voie maritime sur d’immenses navires.
Elles y sont chargées dans des conteneurs métalliques (acier) par des grues
pouvant soulever des charges très importantes.
Le travail des grutiers doit être précis et délicat.
Ils doivent notamment faire très attention à ne pas dépasser
les capacités de levage de la grue, ce qui pourrait entrainer sa
détérioration, la chute des conteneurs, voir même des
accidents graves sur les personnes.
Sur la photo ci-dessous, un conteneur s’apprête à être chargé par un grutier :
Exercice :
Donnez l’expression la force qui s’exerce un objet de masse m au voisinage de la Terre
sachant que
- rayon de la terre : RT = 6371 km
- masse de la terre : MT = 5,974.1024 kg
- constante de gravitation universelle : G = 6,673.10-11 m3.kg-1.s-2
P = 6,673.10-11 5,974.1024
(6,371.106)2 × m
P = 9,821 × m Par analogie on peut dire que le champ de pesanteur terrestre est g = 9,8 N/Kg
Note : g est un coefficient de proportionnalité entre P et m et varie légèrement sur Terre selon le lieu. Ce
coefficient est très différent d’une planète à l’autre.
3. Confusion masse et poids
Masse et poids sont deux grandeurs différentes.
- La masse d’un corps représente la quantité de matière contenue dans ce corps. Elle est
invariable. L’unité légale de masse est le kilogramme.
- Le poids d’un objet est une interaction à distance (force) exercée par la Terre sur cet
objet. Il s’exerce suivant la verticale du lieu de haut en bas. Il se mesure en newtons (N)
EXERCICES :