Physique 4 : Les actions mécaniques - Modèle de la force

« Chapitre 4 Physique 4 : Les actions mécaniques - Modèle de la force Dans le chapitre précédent, nous avons étudié la description du mouvement sans nous intéresser à ses causes.

Dans ce chapitre, nous allons étudier les causes du mouvement : les actions mécaniques.

La la section 1 est consacrée à la présentation des actions mécaniques.

Nous verrons dans la section 2 que nous pouvons modéliser ces actions par des vecteurs : les forces.

Enfin nous étudierons en détails deux types de forces : la force gravitationnelle et la tension d’un fil section 3. 1 Les actions mécaniques Présentation 1.1 Définition 4.1: Action mécanique Une action mécanique est la cause du mouvement ou de la déformation d’un système. EXEMPLES : • L’action de souffler dans un ballon de baudruche est une action mécanique car elle déforme le ballon. • L’action de pousser un meuble est une action mécanique car elle conduit au mouvement du meuble. • L’attraction gravitationnelle d’une pomme vers le sol est une action mécanique car elle conduit au mouvement de chute de la pomme. R E M A R QU E : Les actions mécaniques peuvent s’exercer par contact mécanique, mais aussi à distance. 2 MRCAZ A Les actions de contact 1.2 Définition 4.2: Action de contact Lorsqu’une action mécanique s’effectue par le biais d’un contact physique, on parle d’une action de contact. EXEMPLES : • L’action de frapper une balle de tennis avec une raquette est une action de contact. F IGURE 4.1: Pendule de Foucault au Panthéon, à Paris. La tension d’un fil dans un pendule est une action de contact. Source : FuturaSciences • La tension d’un fil sur un pendule permet de maintenir un masse en suspension, c’est une action de contact, voir figure 4.1. Les actions à distance 1.3 Définition 4.3: Action à distance Lorsqu’une action mécanique s’effectue à distance, on parle d’une action à distance. EXEMPLES : • L’attraction entre deux aimants est une action à distance, voir figure 4.2. • L’attraction gravitationnelle entre la Terre et la Lune est une action à distance 2 Le modèle des forces F IGURE 4.2: Les aimants au néodyme sont très utilisés au quotidien, par exemple pour les boucles de portefeuilles.

L’attraction entre aimants est une action à distance. Source : Wikipedia Dans cette section, nous présentons un modèle mathématique pour décrire les actions mécaniques : les forces, qui sont des vecteurs. 2.1 Modèle mathématique Pour caractériser les actions mécaniques les plus courantes, il suffit de connaître 4 informations : • Un point d’application : c’est le point où l’action mécanique est appliquée. • La direction : c’est une droite le long de laquelle l’action mécanique est appliquée. • Le sens : c’est le sens dans lequel la droite directrice est parcourue par l’action mécanique. • Une intensité, exprimée en Newtons, notés N. On combine ces quatre informations en un seul objet mathématique : le vecteur force. R E M A R QU E : ~ et sa Il ne faut pas confondre le vecteur F norme F . S .

C A Z AY U S : C O U R S D E P H Y S I QU E - C H I M I E 2 N D E 2 0 2 0 - 2 0 2 1 3 Définition 4.4: Force ~ , qui permet de modéliser une action Une force est un vecteur, noté F mécanique. M Méthode 4.1: Représenter une force 30N our représenter une force, on trace une flèche qui : • Part du point d’application • Est portée par la droite directrice de la force P • Est dirigée dans le sens de la force • Possède une longueur proportionnelle à sa norme en Newton. Souvent on donne une échelle de représentation (par exemple 1 centimeter représente 10 N). 2.2 F IGURE 4.3: E X E M P L E : Le singe est soumis (entre autres) à son poids ~ .

Pour représenter cette force, on trace une P flèche qui part du point d’application (le centre de gravité du singe), dirigée vers le bas selon la direction verticale.

On mentionne le ~ au niveau de la pointe de nom de la force P la flèche. Principe des actions réciproques (3ème loi de Newton) Fressort/objet Propriété 4.1: Principe des actions réciproques Lorsqu’un système A exerce une action sur un système B , modélisé ~A/B , le système B exerce une réaction sur le système A, par une force F de même direction, de même norme, mais de sens opposé.

Autrement dit : ~A/B = −F ~B /A F Fobjet/ressort P A P P L I C AT I O N : P R I N C I P E D E DY N A M O M È T R E Pour mesurer des forces, on utilise un instrument appelé dynamomètre, dont le principe est schématisé figure 4.4.

Nous utiliserons le dynamomètre dans le TP sur le poids. F IGURE 4.4: Principe du dynamomètre : Pour mesurer le poids d’une masselotte, on suspend cette masse au ressort du.... »