partie iii : mécanique

Partie III : Mécanique

Chapitre 12 : Les forces

(Prérequis en Mécanique)

Physique M. HADDAD EB9 1

PlanI. Masse et poids

II. Force

III.Vecteur caractéristique d’une force

IV.Catégories des forces a. Forces à distance b. Forces de contact

V. Bilan des forces agissant sur un corps

VI.Principe d’interaction

Physique M. HADDAD EB92

I. Masse et poids


A. Masse

1. Définition : La masse d’un corps représente la quantité de matière contenue dans un corps.

2. Unité de masse dans le S.I. : La masse s’exprime en kilogramme (kg). Il est utilisé aussi avec

ses multiples (la tonne – t) et ses sous-multiples (le gramme – g et le milligramme – mg).

Ex : 1 kg = 1000 g ; 1 t = 1000 kg

B. Poids

1. Définition : Le poids d’un corps est la force d’attraction exercée par la terre sur ce corps.

2. Unité du poids dans le S.I. : Le poids s’exprime en Newton (N).

3. Instrument de mesure du poids d’un corps : Le poids se mesure à l’aide d’un dynamomètre.

4. Calcul du poids d’un corps : P = m x g / g = 10 N/kg (Intensité de pesanteur)

Ex : Soit un corps de masse 5 kg : P = m x g = 5 x 10 = 50 N.

N.B : Le poids varie d’un lieu à un autre contrairement à la masse.

II. Force


1. Définition

Une force est une action mécanique qui peut mettre en mouvement un objet ou modifier

son mouvement ou bien le déformer. En S.I. l’unité de la force est le Newton (N). On

mesure la valeur de la force à l’aide d’un dynamomètre.

2. Types de forces

Il existe deux types de forces : intérieures et extérieures.

• Les forces intérieures sont celles qui sont exercées par des objets intérieurs au système.

• Les forces extérieures sont celles qui sont exercées par des objets extérieurs au système.

Exemple:

Si le système étudié est un véhicule, son poids est une force extérieure car il est appliqué

par la Terre (qui n'appartient pas au système). Mais si le système étudié est formé de la

Terre et du véhicule, le poids du véhicule est une force intérieure.

II. Force


3. Effet d’une action mécanique

2.1. Effet statique

Une action mécanique peut changer la forme de l’objet sans toutefois le faire

déplacer.

Ex : Déformation d’une feuille ou pâte à modeler.

2.2. Effet dynamique

Une action mécanique peut mettre en mouvement un objet au repos ou

modifier le mouvement d’un objet s’il était déjà mobile.

Ex : Déplacement d’une table ou changement de direction d’un bateau.

III. Vecteur caractéristique d’une force


On représente la force à l’aide d’un vecteur et en utilisant une échelle

convenable.

Toute force possède quatre caractéristiques :

1. Un point d’application (ou origine) : Le point d’application de la force.

2. Une direction (ligne d’action de la force) : Verticale, horizontale ou selon la droite (AB).

3. Un sens (ou orientation) : vers la droite, vers la gauche ou de A vers B.

4. Une valeur (ou un module, une intensité ou une norme) : Elle s’exprime en Newton (N)

dans le S.I. Elle est soit déterminée à l’aide dynamomètre ou calculée à l’aide d’une

relation (P = m x g) ou à l’aide d’une échelle donnée.

IV. Catégories des forces


1. Forces à distance

Il existe des actions mécaniques sans contact entre l’acteur et le receveur : on les appelle

les actions mécaniques à distance.

a. Action de pesanteur (Poids)

• Cette action mécanique agit fortement sur les objets proches

de la Terre. Cette action est notamment responsable de la

chute des objets.

• La force d’attraction exercée par la terre sur la balle est son

poids.

• Caractéristiques du vecteur 𝐏:

1. Point d’application: Le centre de gravité G

2. Direction : Vertical

3. Sens : Vers le bas (Descendant)

4. Intensité : P (N) = m (kg) x g (N/kg)

IV. Types des forces




Ex: Soit une balle de masse m = 30 g.

• Donner les caractéristiques du vecteur 𝐏 exercé sur la balle.

• Représenter le vecteur 𝐏.





Ex: Soit une balle de masse m = 30 g.

• Donner les caractéristiques du vecteur 𝐏 exercé sur la balle.

• Représenter le vecteur 𝐏.

Caractéristiques du vecteur 𝐏 :

1. Point d’application: Le centre de gravité G de la balle

2. Direction : Verticale

3. Sens : Vers le bas (Descendant)

4. Module: P (N) = m x g = (0.03 x 10) = 0.3 N.

Échelle: 0.1 N/cm. Donc 0.3N → 3 cm.





N.B : La position du centre de gravité d’un

corps homogène de forme géométrique simple.

• Le centre de gravité d’un carré ou un

rectangle est le point d’intersection des

diagonales.

• Le centre de gravité d’une section

triangulaire est le point de concours des

médianes.

• Le centre de gravité d’une forme sphérique

(bille ou balle) est son centre.




b. Force magnétique

La force magnétique provoquée par l’aimant (acteur) fait

dévier le pendule en attirant la boule métallique

(receveur).

Caractéristiques du vecteur Fm :

1. Point d’application: Le centre de gravité G de la

boule métallique.

2. Direction : Celle de l’axe de l’aimant

(Horizontale)

3. Sens : De la boule vers l’aimant.

4. Module : Fm.




c. Force électrostatique

Force d’attraction ou de répulsion entre deux

corps chargés. Si on approche une règle

électrisée (que l'on a frotté vigoureusement

avec un tissu) d'un filet d'eau sortant d'un

robinet, on observe que le filet d'eau est dévié.

L'acteur de cette action est la règle et le

receveur est l'eau.



2. Forces de contact

Il existe également des actions mécaniques de contact qui nécessitent un contact entre l’acteur

et le receveur.

a. Tension d’un fils

Lorsqu’une balle est suspendue à l’extrémité inférieure A d’un

fils, il la soutient et l’empêche de tomber en exerçant sur elle une

force 𝐓 appelée tension du fils.

Caractéristiques du vecteur 𝐓 :

1. Point d’application: Le point d’attache A, point de

contact entre la balle et le fil.

2. Direction : Celle du fils (Verticale).

3. Sens : Vers le haut, ascendante (De la balle vers le fils ).

4. Module : T.

A




b. Réaction d’un support

Un objet posé sur un support immobile : Le support exerce sur

l’objet une force de contact appelée réaction R du support.

Cette force empêche le solide de s’enfoncer dans le support.

Acteur : Le support

Receveur : Le solide

La réaction R du support est verticale. Donc cette réaction

est normale au support. À ce niveau, la réaction RN du

support est assimilée à une réaction N normale au support,

appelée réaction normale du support RN.

RN




b. Réaction d’un support

Caractéristiques du vecteur RN :

1. Point d’application: Le point de contact entre le solide

et le support.

2. Direction : Verticale (la perpendiculaire au support).

3. Sens : Vers le haut, ascendante (du support vers l’objet).

4. Module : RN




c. Force de frottement

Un corps solide posé sur un support rugueux incliné

peut avoir un mouvement différent de celui qu’il

aurait eu si le support n’existait pas :

• Une réaction parallèle au support, appelée force

de frottement Ԧ𝐟 ou réaction tangentielle du

support, agit sur le support.

• Comme P et RN n’ont pas la même direction :

P + RN ≠ 𝟎




c. Force de frottement

Caractéristiques du vecteur Ԧ𝐟 :

1. Point d’application: Le point de contact

entre le solide et le support.

2. Direction : Portée par le support.

3. Sens : Sens opposé au mouvement possible

du solide sur le support.

4. Module : f

N.B: Dans le cas d’un support lisse, la force de

frottement est négligeable.



1. Une balle attaché à un fil

• Système étudié : La balle

• Référentiel utilisé : Terrestre

• Bilan des forces agissant sur la bille

o Son poids 𝐏, vertical et descendant.

o La tension du fils 𝐓, verticale et ascendante. P



2. Un corps placé sur un support

Un solide repose sur un plan incliné rugueux.

Donc, il glisse.

Bilan des forces agissant sur le solide

o Son poids 𝐏, vertical et descendant.

o La réaction normale du support RN

perpendiculaire au support, orientée vers le

haut.

o La force de frottement Ԧ𝐟 , orientée vers le

sens opposé au mouvement.

P

RN

G

VI. Principe d’interaction


Pour avancer dans l’eau d’une piscine, on nage en

faisant déplacer l’eau vers l’arrière. Dans ce cas,

l’homme exerce une force F1 sur l’eau et l’eau exerce

une force F𝟐 sur l’homme.

Ces deux forces ont la même direction et la même

valeur, mais deux sens opposés.

F1 = - F𝟐

Principe d’interaction

Quand deux corps A et B sont en interaction de contact ou à distance, la force exercée par A

sur B, F(A/B) est directement opposée à la force exercée par B sur A, F (B/A).

F(A/B) = - F (B/A)



Exemple :

Un homme pousse une caisse en lui appliquant, en un

point A, une force F horizontale, de valeur F = 120 N

et dirigée de la gauche vers la droite.

Donner les caractéristiques de la force Ԧ𝐅’ exercée

par la caisse sur cet homme.



Exemple :








D’après le principe d’interaction: Ԧ𝐅 = - Ԧ𝐅’

Les caractéristiques de Ԧ𝐅’ sont :

1. Point d’application: Le point A

2. Direction : Horizontale

3. Sens : Sens opposé à celui de F (de la droite vers la gauche).

4. Valeur : F’ = F = 120 N.

Exemple :






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