X X X. Verre. Remarque : Les interactions à distance peuvent être :

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1 Physique : 2 nde Chapitre.7 : Forces et mouvements I. Modèles et interactions 1. Interactions entre deux objets : L énoncé suivant s applique à des objets au repos ou en mouvement. Quand un objet agit sur un objet Y, simultanément Y agit sur : on dit alors que les deux objets sont en interaction. On distingue les interactions de contact lorsque les deux objets se touchent, et les interactions à distance lorsqu ils ne se touchent pas. Exemple : Considérons un verre posé sur une table. Le verre est en interaction avec la table : interaction de contact (le verre et la table se touchent). Le verre est interaction avec la Terre (la Terre l attire) : interaction à distance (le verre et la Terre ne se touchent pas). Le verre est en interaction avec l air qui l entoure : interaction de contact (l air et le verre se touchent). 2. Diagramme objet-interactions : La représentation d un objet et d une interaction est donnée ci-dessous : Représentation de l objet Représentation d une interaction de contact entre les objets et Y Y Représentation d une interaction à distance entre les objets et Y Y On appelle digramme objet- interactions la représentation de l objet que l on a choisi d étudier et des interactions avec les autres objets. Exemple : Verre posé sur la table. Objet étudié : Le verre. Table Verre Terre Remarque : Les interactions à distance peuvent être : II. Notion de force Magnétiques (entre deux aimants) Electrostatiques (entre deux charges électriques) Gravitationnelles (entre la Terre et un objet) La notion de force a déjà été rencontrée en classe de Troisième. Elle sera reprise ici avec plus de détail. 1. Définition et représentation : 1.1 : Définition : Quand un objet est en interaction avec un objet Y, on appelle force exercée par sur Y la grandeur qui caractérise l action mécanique de sur Y. Une force est une modélisation d une action mécanique. 1.2 : Représentation d une force : On représente la force exercée par un objet sur un objet Y par un vecteur notée : F /Y Ce vecteur possède quatre caractéristiques : Physique : 2 nde 1/5

2 Un point d application : point où s applique la force. En général, on considère que la force s applique au centre Une direction : direction de la force. Un sens : sens de la force. de gravité de l objet, noté G. Une longueur : elle dépend de la valeur (ou l intensité) de la force. L intensité d une force s exprime en Newton (Symbole : N). Il est impératif de choisir une échelle pour représenter la longueur du vecteur. L appareil utilisé pour mesurer l intensité d une force est un dynamomètre. Exemple : Représentation de la force F T/E, exercée par la Terre (T) sur un élève (E), de valeur F = N. Caractéristiques de la force : Point d application : le centre de gravité G de l élève Direction : la verticale du lieu Sens : vers le bas Longueur : Echelle choisie : 1 cm représente 2, N, soit une longueur de 2 cm pour le vecteur. F T/E G 1.3 : Exemples de forces : Le poids d un objet : Poids d un corps : le poids d un objet correspond à la force d attraction exercée par la terre sur celui-ci. On la note P. La valeur du poids d un objet se note P (sans flèche). La valeur du poids d un objet se note P (sans flèche). La relation ci-dessous permet de calculer le poids d un objet, connaissant sa masse m et l intensité de la pesanteur g du lieu : P = m x g Dans cette relation P s exprime en Newton (N), m en kilogramme (kg) et g en newton par kilogramme (N.kg -1 ). Représentation du poids d un objet : P T/O G Direction : Verticale Sens : Vers le bas Valeur : P = m x g (en Newton : N) Point d application : Centre de gravité G de l objet Sol La force de réaction d une table : Un livre posé sur une table est soumis à deux forces : Le poids du livre : P Terre/Livre La réaction de la table sur le livre : R Table/Livre R Table/Livre Caractéristiques de la réaction de la table : Direction : Verticale Sens : vers le haut Valeur : exprimé en Newton (N) Point d application : on considère que c est le point de contact du livre avec la table. P Terre/Livre Physique : 2 nde 2/5

3 III. Les effets d une force sur un mouvement 1. Modification de la trajectoire et de la vitesse : Une force qui s exerce sur un corps modifie la valeur de sa vitesse. Lancez un crayon sur la table horizontale. Observation : Interprétation : La vitesse du crayon diminue et le crayon finit par s arrêter, la force qui modifie la valeur de la vitesse est la force exercée par la table sur le crayon. Une force qui s exerce sur un corps modifie la forme de sa trajectoire. Lancer une bille de fer sur une table à proximité d un aimant. Observation : Interprétation : La trajectoire de la bille est modifiée par la force magnétique exercée par l aimant sur la bille. Conclusion : Une force qui s exerce sur un corps modifie la valeur de sa vitesse ou (et) la forme de sa trajectoire. 2. Influence de la masse : En général, l effet d une force sur le mouvement d un corps est d autant plus faible que la masse du corps est grande. Si l on exerce deux forces identiques de direction horizontale sur deux patineurs de masses différentes immobiles sur la glace d une patinoire, le patineur le plus léger est mis en mouvement avec une vitesse plus grande que celle de l autre patineur. Prenez une balle de tennis et une boule de pétanque ; il est plus difficile de faire rouler la boule de pétanque parce que sa masse est plus élevée. 3. Ce qu il faut retenir : Une force qui s exerce sur un corps peut modifier : soit la valeur de sa vitesse. soit la forme de sa trajectoire. soit les deux à la fois. Cette modification dépend généralement de la masse du corps. Voir exercice d application n 1 IV. Le principe d inertie 1. L inertie : Il est plus difficile de mettre en mouvement la boule de pétanque par rapport à la balle de tennis : on dit que la boule de pétanque présente une inertie différente de la balle de tennis. De même, il sera plus difficile de modifier la vitesse d un corps de masse importante par rapport à un corps de masse plus faible. Un corps peut-il être en mouvement sans qu il ne soit soumis à aucune force? Le principe d inertie permet de répondre à cette question. 2. Le principe d inertie Newton ( ) considérait qu il pouvait y avoir mouvement sans force et avait énoncé le principe d inertie. Cependant à la surface de la Terre, tous les corps sont soumis à une force exercée par la Terre qui s appelle le poids, il n existe donc pas de mouvement sans force exercée sur un corps à la surface de la Terre. Lorsque les forces qui agissent sur un corps se compensent, son mouvement sera identique à celui d un corps qui n est soumis à aucune force. Il est donc équivalent de dire «un corps est soumis à des forces qui se compensent» et «un corps n est soumis à aucune force». 3. Énoncé du principe d inertie : Tout corps persévère en son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s exercent sur lui se compensent. On considérera que le principe d inertie n est valable sur Terre que dans le référentiel terrestre. Physique : 2 nde 3/5

4 4. Conséquences du principe d inertie : Dans le référentiel terrestre, lorsque le mouvement d un corps est rectiligne et uniforme, on pourra conclure que ce corps est soumis à des forces qui se compensent. 5. Exemples : En absence de vent, le mouvement d un parachutiste est pratiquement rectiligne et uniforme car le poids du parachutiste et la force exercée par l air se compensent. Dans le référentiel terrestre, lorsque la trajectoire d un corps n est pas une droite, on peut conclure, d après le principe d inertie, que les forces exercées sur ce corps ne se compensent pas. De même, lorsque la valeur de la vitesse d un corps n est pas constante, on peut conclure, d après le principe d inertie, que les forces exercées sur ce corps ne se compensent pas. Voir exercices d application n 2/3/4 Physique : 2 nde Exercices d application Exercice n 1 : On considère une masse m suspendue à un dynamomètre gradué en Newton (voir figure ci-contre) 1. Quel est le système étudié? 2. Faire le bilan des forces appliquées au système? 3. Quel est la valeur P du poids de la masse m? 4. Calculer la valeur de la masse m. 5. Quelles sont les caractéristiques du poids? 6. Représenter sur la figure ci-contre le poids, en choisissant une échelle adaptée. On donne : Intensité de la pesanteur : g = 10 N.kg -1 0 N 10 5 m Exercice.2 : Un enfant glisse avec sa luge sur une piste. On peut décrire son mouvement rectiligne en 3 étapes : Etape 1 : la vitesse de la luge augmente Etape 2 : la luge glisse à vitesse constante Etape 3 : la luge ralentit lorsqu elle arrive en bas de la piste dans la neige fraîche et finit par s arrêter. Etape 1 Etape 2 Etape 3 1. Dans quel référentiel doit-on se placer pour étudier le mouvement de la luge? 2. Préciser le système étudié. 3. Représenter sur le schéma ci-dessous par des points ( ), pris à intervalles de temps successifs et égaux, les trajectoires des trois étapes et indiquer la nature du mouvement observé pour chacune d elle. 4. Que peut-on dire des forces qui s exercent sur la luge et l enfant au cours des trois étapes? Justifier. 5. On étudie particulièrement ce qui se passe lors de la deuxième étape. a) Faire l inventaire des forces qui s exercent sur la luge et l enfant pendant cette étape. b) La luge et l enfant ont une masse de 35 kg, calculer le poids P de l ensemble. c) Faire un schéma de la situation puis représenter (à l échelle) ces forces. 6. Que se passe-t-il précisément dans la troisième étape? Justifier. On donne : Intensité de la pesanteur : g = 10 N.kg -1 Physique : 2 nde 4/5

5 Exercice.3 : Une grue soulève un container à une vitesse constante de 0,3 m.s -1. La masse du container est m = 30 t. 1. Quel est le système étudié, et dans quel référentiel? 2. Faire le bilan des forces qui s exercent sur le système. 3. Calculer le poids P du container. 4. Donner les caractéristiques de la force T F/C exercée par le filin sur le container. Justifier. 5. Représenter sur le schéma ci-dessous ces forces à l échelle 0,5 cm pour 100 kn. On donne : g = 10 N.kg -1 Filin Container Exercice.4 : Une gomme de masse 15 g est posée sur un plan inclinée (voir figure ci-contre). Elle ne glisse pas. 1. Rappeler la relation entre la valeur du poids P et la masse m d un objet. Préciser les unités des trois grandeurs figurant dans cette relation. 2. Calculer la valeur P du poids de la gomme. 3. Préciser le système étudié ainsi que le référentiel d étude. 4. Faire le bilan des forces appliquées à la gomme. 5. Quelle relation existe-t-il entre ses forces. Justifier. 6. Représenter sur le schéma ci-dessous, avec une échelle adaptée, les différentes forces appliquées à la gomme. On donne : g = 10 N.kg -1 Physique : 2 nde 5/5