Interactions entre les objets. Notions de forces

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1 Interactions entre les objets Notions de forces I- Les forces et leurs effets Activité 1 : Les effets d une force Image 1 Cet arbre était au départ droit, en le poussant l éléphant le déforme. Si l éléphant cesse de pousser, l arbre reprend sa position de départ. Image 2 Que se passe-t-il pour le tigre, après que Baloo l ait attrapé? Il s arrête. Image 3 Tintin se trouve dans le train. Celui-ci s arrête brusquement, tintin tombe. Tintin qui était au départ au repos, s est mis en mouvement.

2 Image 4 Lucien serre très fort de la plasticine dans la main, celle-ci se déforme. Une fois que Lucien desserre la main, celle-ci conserve sa nouvelle forme. Image 7 Une bille en métal se déplace en ligne droite. Lorsqu un aimant se trouve à proximité, sa trajectoire est déviée Activité 2 : Complétez le diagramme ci-dessous Je retiens Les forces sont invisibles, par contre, on peut observer leurs conséquences, leurs effets. Les forces peuvent avoir trois effets sur un objet : - Modification de la vitesse Exemple : mettre en mouvement ou arrêter un ballon - Modifier la trajectoire Exemple : déviation de la trajectoire d une balle - Modifier la forme Exemple : déformation de la pâte à modeler

3 II- Les différents types de forces. 1. Les forces de contact : Les forces de contacts sont localisées. Elles agissent ponctuellement ou réparties sur une surface. Exemples : marteau sur un clou / vent dans une voile 2. Les forces à distance : Les forces à distance agissent sans contact il s agit des forces électromagnétiques et gravitationnelles. Les forces à distance sont répartis en volume. Exemples : - Force de pesanteur ou poids d un objet (action de la Terre sur cet objet) - Force magnétique exercée par un aimant sur une bille d acier - Force électrostatique : papier attiré par une règle frottée, filet d eau dévié III- Mesure de l intensité d une force On utilise un dynamomètre. C est un ressort qui s allonge proportionnellement à l intensité de la force. L unité d intensité est le NEWTON (N). IV- Représentation d une force. On représente une force par un segment fléché appelé vecteur. Ce vecteur est représenté par un symbole indiquant toujours quel objet (émetteur) agit sur quel objet (récepteur). Exemple : F marteau /clou

4 Toute force est caractérisée par 4 éléments : - L origine du vecteur correspond au point d application de la force c est-à-dire l endroit où agit la force (point de contact entre les objets : centre de gravité de l objet) - Le segment suit la direction de la force (droite selon laquelle agit la force) - La flèche du vecteur indique le sens de l action de la force - La longueur du vecteur est proportionnelle à l intensité de la force Activité 3 : caractéristiques et représentation de quelques forces. V- Interaction entre 2 objets Notions d équilibre. Activité 4 à compléter VI- Une force universelle : La force gravitationnelle 1. Expression de la force gravitationnelle La force gravitationnelle est une interaction qui cause une attraction entre des objets ayant une masse. Elle est dite universelle car elle s exerce entre tous les objets, elle s exerce à distance, elle dépend de la masse des objets et de la distance qui les sépare. REMARQUE : la force gravitationnelle est une force très faible, il faut beaucoup de masse pour observer un effet. Habituellement, ce n est que les astres (comme la Terre) qui applique une force gravitationnelle suffisamment imposante sur les objets pour être considérée dans une situation observable.

5 C'est en 1687 qu'isaac Newton révéla dans un ouvrage les résultats de ses recherches sur la gravitation. Il proposa une relation qui permet de calculer la valeur de cette force: Si un corps A et corps B ponctuels possèdent respectivement une masse ma et mb et sont séparés par une distance d alors la valeur F de la force de gravitation qui s'exerce entre eux est : F = G x m A x m B Avec ma et mb en kg d 2 d en m Dans cette formule G est la constante de gravitation : G = 6,67 x N.m 2.kg -2 Exercices d application : «Newton et la gravitation» + exo fusée 2. Force gravitationnelle et poids La force de pesanteur (ou poids) est un modèle simplifié de la force gravitationnelle. Au voisinage de la Terre on appellera g champ de pesanteur terrestre tel que g = G x m T d 2 Donc l expression de la force gravitationnelle (ou poids) devient P = m x g P en NEWTON / m en Kilogramme Kg / g en N/KG

6 Activité 5 : TP chargement d un navire de marchandise Les marchandises échangées à l échelle mondiale sont majoritairement transportées par voie maritime sur d immenses navires. Elles y sont chargées dans des conteneurs métalliques (acier) par des grues pouvant soulever des charges très importantes. Le travail des grutiers doit être précis et délicat. Ils doivent notamment faire très attention à ne pas dépasser les capacités de levage de la grue, ce qui pourrait entrainer sa détérioration, la chute des conteneurs, voir même des accidents graves sur les personnes. Sur la photo ci-dessous, un conteneur s apprête à être chargé par un grutier : Exercice : Donnez l expression la force qui s exerce un objet de masse m au voisinage de la Terre sachant que - rayon de la terre : RT = 6371 km - masse de la terre : MT = 5, kg - constante de gravitation universelle : G = 6, m 3.kg -1.s -2 P = 6, , (6, ) 2 m P = 9,821 m Par analogie on peut dire que le champ de pesanteur terrestre est g = 9,8 N/Kg Note : g est un coefficient de proportionnalité entre P et m et varie légèrement sur Terre selon le lieu. Ce coefficient est très différent d une planète à l autre. 3. Confusion masse et poids Masse et poids sont deux grandeurs différentes. - La masse d un corps représente la quantité de matière contenue dans ce corps. Elle est invariable. L unité légale de masse est le kilogramme. - Le poids d un objet est une interaction à distance (force) exercée par la Terre sur cet objet. Il s exerce suivant la verticale du lieu de haut en bas. Il se mesure en newtons (N)

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