Attendu de fin de cycle : modéliser une interaction par une force caractérisée par un point d application, une direction, un sens et une valeur.

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1 Séquence 5 Modéliser une interaction Attendu de fin de cycle : modéliser une interaction par une force caractérisée par un point d application, une direction, un sens et une valeur. Des pictos indiquent le niveau de chaque rubrique. Début de cycle Milieu de cycle Fin de cycle 1. Action mécanique Une action mécanique est capable de déformer un objet, de faire varier la vitesse ou de modifier la direction ou le sens de son mouvement. Elle s exerce entre deux objets : l auteur et le receveur. L auteur est l objet qui exerce l action mécanique. Le receveur est l objet qui la subit. Lorsque l auteur touche le receveur lors de l action, on parle d action de contact. Lorsque l auteur agit à distance sur le receveur, on parle alors d action à distance. Exemple : un trombone retenu par un élastique est attiré par un aimant. 2. Objet d étude Objet d étudetrombone Élastique Action de contact : Trombone Auteur Élastique : l élastique Effet : l'élastique retient Action le trombone de contact : Auteur : l élastique Effet : l'élastique retient le trombone Diagramme objet-interactions Auteur : la Effet : la attire le trombone vers le bas Auteur : la Aimant Effet : la attire le trombone vers le bas Auteur : l aimant Aimant Effet : l aimant attire le Action trombone à distance vers lui : Auteur : l aimant Effet : l aimant attire le trombone vers lui Une action mécanique ne s exerce jamais seule. Lorsqu un objet A agit sur un objet B, alors l objet B agit également sur l objet A : on dit qu il y a interaction entre les deux objets A et B. Un diagramme objet-interactions permet de visualiser toutes les actions liées à un objet donné Nom de l objet d étude dans un rectangle (on l appelle l objet d étude ou le système). Exemple : un trombone retenu par un élastique est attiré par un aimant. Nom de l objet d étude dans un rectangle Bulles : objets en Élastique interaction avec l objet d étude Trombone Les flèches représentent les interactions: Interaction à distance Interaction de contact Bulles : objets en interaction avec l objet d étude Aimant Les flèches représentent les interactions: Interaction à distance Interaction de contact 1

2 3. La force de pesanteur 3.1 Les caractéristiques du poids La exerce une attraction à distance sur tous les objets situés à son voisinage. Cette interaction est modélisée par une force appelée force de pesanteur ou plus communément poids. La force de pesanteur (ou poids) d un objet est caractérisée par un point d application (son centre de gravité), une direction (la verticale du lieu de l objet dirigée vers le centre de la ), un sens (vers le bas) et une valeur. Le poids d un objet est représenté par une flèche dont l origine est le centre de gravité de l objet, la direction est celle du poids, le sens est celui du poids et la longueur est proportionnelle à la valeur du poids. La flèche se note. Exemple : la chute d une pomme. oint d application : G Direction : verticale du lieu Sens : vers le bas Valeur : 0,15 N Symbole : F /pomme = Échelle : 1 cm pour 0,1 N Sol 3.2 Relation entre la valeur du poids et la masse Le poids et la masse sont deux grandeurs distinctes qui sont très souvent confondues dans le langage courant. La masse est une grandeur qui caractérise la quantité de matière d un objet. Elle dépend du nombre d atomes contenus dans l objet. Le poids est la force qu exerce la sur l objet. Sa valeur se mesure en newtons (N) avec un dynamomètre. Ces deux grandeurs sont proportionnelles. L expression qui les lie s écrit : N = m g N / kg kg g est l intensité de la pesanteur. Elle vaut environ 10 N/kg sur la. 2

3 Exemple : oids de différents objets en fonction de leur masse. oids (en N) 2,5 0,2 kg ; 2 N 2 1,5 1 Droite passant par l origine situation de proportionnalité Calcul du coefficient de proportionnalité noté g : 2 g = = 0,2 = 10 N/kg m donc = 10 m (N) 0, ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 Masse (en kg) 4. Bilan de forces On identifie les interactions qui s exercent sur l objet d étude. On trace un diagramme objet-interactions où l on fait figurer tous les objets en interaction. On isole l objet d étude et on modélise les interactions qui s y appliquent par des forces qu on représente par des flèches. our tracer ces flèches, il faut faire l inventaire des caractéristiques de chaque force : point d application, direction, sens et valeur en newtons. Exemple : une joueuse de golf souffle sur une balle pour la faire tomber dans le trou. Interactions Forces Air Balle R F air/balle Action à distance Action de contact Sol Caractériques des forces oint d application Direction Sens Valeur (en N) Mouvement de la balle 3

4 Si un objet soumis à deux forces est en équilibre statique, alors ces deux forces sont sur la même droite, de sens opposé et ont la même valeur. Exemple : un voltigeur en équilibre dans une soufflerie. Air F air/voltigeur Voltigeur en soufflerie Situation d équilibre 5. Loi de gravitation universelle Deux corps A et B s attirent mutuellement du fait de leur masse. Cette attraction à distance est appelée interaction gravitationnelle ou plus simplement gravitation. C est Isaac Newton qui énonça l expression littérale de la force gravitationnelle s exerçant entre deux corps. Celle-ci s écrit : Unités SI kg N F A/B = G m A m B d 2 m m A A F A/B B m B Astres A et B en interaction gravitationnelle La valeur de la force de pesanteur à la surface d un astre peut être calculée avec l expression littérale de Newton en considérant que la distance d est égale au rayon de l astre. Être humain de masse m = F /être humain d (rayon) = G m d 2 m g = intensité de la pesanteur La valeur de g dépend de l astre : g 10 N/kg ; g Lune 1,6 N/kg ; g Jupiter 25 N/kg. Ainsi, un même objet est 2,5 fois plus lourd sur Jupiter et 6 fois plus léger sur la Lune que sur. 4

5 Je retiens les mots-clés Action mécanique Action à distance Action de contact Force de pesanteur Gravitation Interaction Masse oids Receveur Dico du manuel Auteur Force Interaction gravitationnelle Loi de gravitation universelle p. 444 identifier les interactions mises en jeu (de contact ou à distance) our cela, je dois savoir identifier l auteur et le receveur de l interaction, l effet produit. savoir distinguer action de contact et action à distance. savoir schématiser une interaction par un diagramme objet-interactions. Je suis capable de our vérifier Activités 1 et 2 identifier l interaction avec la modéliser l interaction avec la utiliser la relation : = m g associer la notion d interaction à la notion de force identifier les interactions mises en jeu et les modéliser par des forces exploiter l expression littérale de la loi de gravitation universelle savoir représenter le diagramme objet-interactions avec la et identifier les effets de la force exercée par la. connaître les caractéristiques de la force de pesanteur pour tracer la flèche qui la représente. distinguer masse et poids. savoir définir et mesurer les deux grandeurs. connaître la relation qui lie la masse et le poids. savoir tracer le diagramme objet-interaction avec tous les objets en interaction. choisir un objet d étude et représenter les forces par des flèches. savoir poser un calcul avec des puissances de 10 sur une calculatrice. Activité 3 Activité 4 Activité 5 Activités 6 et 7 Activités 7 et 8 Activités 9 et 10 5

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