Comment les forces agissent sur le mouvement?

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1 SP. 5 forces et principe d inertie cours Comment les forces agissent sur le mouvement? 1) notion d action et de force : a) Actions exercées sur un système : Actions de contact : Solide posé sur une table Solide tiré à l aide d une ficelle Solide attaché à un ressort Solide roulant sur une surface granuleuse (sable) La table exerce une action sur la bille. En effet, la table empêche la bille de tomber. La ficelle exerce une action sur la bille. En effet, elle tracte la bille. Le ressort exerce une action sur la bille. Si le ressort est étiré, il tracte la bille, s il est comprimé, il repousse la bille. La surface granuleuse exerce une action sur la bille : elle l empêche d avancer. Elle n existe que si la bille est en mouvement. C est une action dite de «frottements». La bille exerce, elle aussi, une action sur la table. On dit que la bille et la table sont en interaction. La bille exerce, elle aussi, une action sur la ficelle. On dit que la bille et la ficelle sont en interaction. La bille exerce, elle aussi, une action sur le ressort. On dit que la bille et le ressort sont en interaction. La bille exerce, elle aussi, une action sur la surface. On dit que la bille et la surface sont en interaction. Ces actions n existent que si les deux solides en interaction sont en contact. On parle alors d actions de contact. Actions à distance : L aimant exerce sur la bille une action. Le mouvement de la bille est modifié par la présence de l aimant. La trajectoire de la bille est modifiée lorsque cette dernière est à proximité de l aimant. Cette action se fait à distance, même si la bille n est pas en contact avec l aimant.

2 b) Forces : On peut modéliser chaque action subie par système (bille). Pour cela on utilise un vecteur. Ce vecteur est la force associée à l action considérée. Une force est donc définie par : Son origine : Sa direction : Son sens : Sa norme : le point d application de la force. dans le cas d une force de contact, c est le point de contact. dans le cas du poids, c est le centre de gravité du système. correspond à la direction du mouvement que provoquerait la force si elle était seule à agir sur le système. correspond au sens du mouvement que provoquerait la force si elle était seule à agir sur le système. la longueur de la flèche représentant le vecteur force. Elle est proportionnelle à la valeur de la force et est exprimée en Newtons (N). Exemples : Réaction de la table Action de la ficelle Action du ressort Action de la surface action de la Terre (poids) Action de l aimant

3 c) bilan de forces : Pour connaître quelle est l action globale qui s exerce sur un système, on va faire un bilan : On fait la liste de tous les éléments qui agissent sur le système. On en déduit toutes les forces qui agissent sur le système et on les dessine. On construit le vecteur somme de tous les vecteurs force agissant sur le système. Il correspond à la force globale exercée sur le système. La somme de deux forces opposées (même norme, même direction et sens inverses) est nulle. La somme de deux forces non opposées : on construit un parallélogramme et la diagonale correspond à la somme des deux forces. Exemples : Bille au repos sur la table Bille tirée par la ficelle sur un surface ne générant pas de frottements Bille accrocchée à un ressort comprimé sur une surface ne générant pas de frottements Bille accrocchée à un ressort étiré sur une surface ne générant pas de frottements

4 Bille lâchée Action de l aimant Bille lâchée sur un plan incliné sur une surface ne générant pas de frottements Bille lâchée sur un plan incliné sur une surface ne générant des frottements Masse s élevant grâce à un système avec poulie Lanceur de marteau

5 Sens du mouvement Sens du mouvement 2) effet d une force sur la trajectoire d un objet : a) effets dynamiques d une force : Une force peut modifier le mouvement d un système. Elle peut modifier la trajectoire du système. Elle peut modifier la valeur de la vitesse du système. Elle peut modifier la trajectoire et la valeur de la vitesse du système. b) Lorsque La force est parallèle à la trajectoire : Quand la force totale exercée sur un système est parallèle à la trajectoire de ce dernier, la force modifie uniquement la valeur de la vitesse du système. Bille lancée verticalement vers le bas : Bille lancée verticalement vers le haut : Ici, la seule force exercée sur la bille est son poids Ici, la seule force exercée sur la bille est son poids Lorsque la force est opposée au sens du mouvement, le mouvement est ralenti. Lorsque la force est dans le même sens que le mouvement, le mouvement est accéléré. c) Lorsque la force est transversale à la trajectoire : Quand la force totale exercée sur un système est transversale à la trajectoire de ce dernier, la force modifie trajectoire du système de telle sorte qu il est dévié dans la direction et le sens de la force. La force totale exercée sur la bille correspond à la seule force exercée par l aimant car le poids de la bille est compensé par la force exercée par la table sur cette même bille.

6 d) bilan : Résultante des forces exercées sur l objet : Dessin de la situation : Influence sur le mouvement : sur l objet est nulle = Mouvement rectiligne. Mouvement uniforme. sur l objet est non nulle 0 et est parallèle au mouvement Mouvement rectiligne. Mouvement non uniforme. sur l objet est non nulle 0 et est perpendiculaire au mouvement Mouvement non rectiligne. Mouvement uniforme. sur l objet est non nulle 0 et est vers l avant du mouvement Mouvement accéléré. sur l objet est non nulle 0 et est vers l arrière du mouvement Mouvement retardé.

7 Exemples : Force transversale orienté dans le même sens que le mouvement Force transversale en sens inverse du mouvement Force transversale perpendiculaire au mouvement La seule force exercée sur la boule est son poids. Dans cette partie du mouvement, le vecteur vitesse (sens du mouvement) est orienté vers le bas comme le poids. On remarque que le mouvement est accéléré. La seule force exercée sur la boule est son poids. Dans cette partie du mouvement, le vecteur vitesse (sens du mouvement) est orienté vers le haut contrairement au poids. On remarque que le mouvement est ralenti. La seule force exercée sur l objet n est ni dans le sens du vecteur vitesse (sens du mouvement), ni en sens inverse du vecteur vitesse (sens du mouvement). Lorsque la force totale est perpendiculaire à la trajectoire, le mouvement est uniforme. Conclusion : On vient de voir que lorsque la force totale exercée sur uns système n était pas nulle, le mouvement du système était modifié : Sa trajectoire est modifiée si la force totale n est pas parallèle à la trajectoire : la trajectoire s incurve dans le sens et la direction de la force. La valeur de sa vitesse est modifiée si la force n est pas perpendiculaire la trajectoire. Mouvement accéléré : si la force est dans le même sens que le vecteur vitesse. Mouvement ralenti : si la force est dans le sens contraire du vecteur vitesse. 3) principe d inertie : La force modifie le mouvement tant au niveau de la forme de la trajectoire qui s incurve que de la valeur de la vitesse qui augmente ou diminue. Alors, que se passe-t-il lorsque la force totale exercée sur un objet est nulle? La trajectoire reste droite et la valeur de la vitesse constante. Conclusion : principe d inertie. Lorsque la force totale exercée sur un objet est nulle, ce dernier a un mouvement rectiligne uniforme.

8 4) Influence de la masse : L effet de la force sur le mouvement d un objet (système) dépend de la masse de cet objet. Plus sa masse est faible, plus les effets de la force seront importants. Plus sa masse est forte, moins les effets de la force seront importants. Exemple : Il est plus difficile de mettre en mouvement une camionnette chargée qu une balle de pingpong. Il est plus difficile de dévier la trajectoire (en le poussant sur le côté par exemple) d un camion que celle d un cycliste.