1. La notion de force

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1 1. La notion de force livre page 6 & 7 a) introduction Tu as déjà sûrement entendu le terme de force, c est en effet un mot utilisé fréquemment dans le langage commun : on parle de la force publique, de la force de frappe, de personnes fortes, etc. En physique, la force a une définition bien précise : b) définition info page 7 On dit qu une force agit sur un corps, lorsque le corps subit une déformation (on parle de l effet statique d une force) le corps subit un changement de mouvement (on parle alors de l effet dynamique) la vitesse change la direction du mouvement change Ainsi la force est définie par ces effets. On ne peut donc pas voir directement une force, on ne peut que constater ses effets. Ainsi, chaque fois qu on observera le changement de mouvement d un corps, on dira que ce corps est soumis à une force. L inverse est vrai aussi : si une force agit sur un corps, alors la vitesse de ce corps changera (par exemple). c) exemples livre page 6 LCD-Physique page 1

2 d) caractéristiques d une force info page 7 Considérons le jeu de billard : pour arriver à empocher les biller, il faut arriver à bien contrôler plusieurs paramètres de la force qu on exerce avec la queue sur la bille. Ces «paramètres» sont appelés caractéristiques de la force. L effet d une force dépend des 4 caractéristiques suivantes : son intensité son point d application sa direction son sens e) la force comme vecteur info page 7 En mathématiques, une grandeur possédant ces 4 caractéristiques est appelée un vecteur. On représente un vecteur par une flèche : LCD-Physique page 2

3 Notations : le vecteur force, avec ces 4 caractéristiques est noté l intensité de la force est notée F Attention : ne pas confondre sens et direction 1 1 et 2 ont même direction, mais sont de sens opposés 2 f) instrument de mesure et unité l instrument de mesure de la force est le dynamomètre l unité de la force est le newton, symbole N, en l honneur d Isaac Newton ( ) (cf biographie en annexe) LCD-Physique page 3

4 2. Le principe de l inertie info page 7 technique & histoire page 8-9 on vient de voir que force changement de mouvement donc, en prenant la négation de cette affirmation, on a que : pas de force pas de changement de mouvement Ainsi, lorsqu un corps n est soumis à aucune force, la nature de son mouvement ne varie pas. En absence de force un corps au repos reste au repos un corps en mouvement continue son mouvement, sans que la vitesse ou la direction du mouvement ne change. Son mouvement s effectuera donc en ligne droite et à vitesse constante. Un tel mouvement est appelé mouvement rectiligne et uniforme Galileo Galilei ( ) fut le premier à énoncer cela dans son principe de l inertie : Enoncé du principe de l inertie Sur Terre, il est impossible qu aucune force ne soit exercée sur un corps. En fait, tous les corps sont soumis à la force poids. En plus, tout mouvement sur Terre est freiné par des forces de frottement (cf page 7). exemples du principe de l inertie : mouvement d une sonde spatiale (page 8) LCD-Physique page 4

5 3. Masse livre page Pour freiner ou accélérer un corps, il faut exercer une force sur lui. Le corps agit comme s il s opposait à toute modification du mouvement. On dit que les corps sont inertes. Mais tous les corps ne s opposent pas de la même façon à une modification de leur état de mouvement. Ainsi il est beaucoup plus difficile (il faut donc une force plus élevée) de mettre en mouvement un camion qu une bicyclette. On dit que l inertie du camion est plus élevée. expérience : fig 4 page 24 Le camion est plus inerte, puisque sa masse est plus élevée. L inertie est mesurée par la masse. Propriétés de la masse : livre page 25 et 29 Masse et inertie : livre page 25 masse élevée inertie élevée il faut une force importante pour modifier le mouvement exemples : freinage des pétroliers (page 25) ceinture de sécurité (page 26) LCD-Physique page 5

6 4. Poids livre page 27 Si tu lâches un corps, il tombe vers le sol : son état de mouvement est modifié, et une force est donc exercée sur lui : cette force, qui est exercée par la Terre sur l objet est appelé le poids de l objet. Propriétés du poids : Caractéristiques de la force «poids» : LCD-Physique page 6

7 5. Masse et Poids livre page 27, exercices page 28 Déterminons la relation entre poids et masse. Pour cela, nous mesurons à l aide d un dynamomètre le poids de différents corps. Le tableau suivant montre les mesures faites : m en kg P en N Conclusion : LCD-Physique page 7

8 6. Equilibre livre page 10 & 11 définition : Un corps est en équilibre, lorsque la nature de son mouvement ne varie pas Ainsi, Etudions sous quelles conditions un corps est en équilibre. Il est clair qu un corps est en équilibre, s il n est soumis à aucune force. Cette situation est cependant irréalisable sur Terre, car le poids est une force exercée sur tous les corps sur Terre. Cependant, nous observons partout des corps en équilibre Comment un corps peut-il donc être en équilibre en présence de forces? expériences : LCD-Physique page 8

9 conclusion : Un corps est en équilibre, lorsqu il est soumis à des forces dont les effets se compensent. Lorsqu un solide est soumis à deux forces, alors on constate qu il y a équilibre lorsque les deux forces ont même direction les deux forces ont même intensité les deux forces sont de sens opposés Ainsi on peut dire : Deux forces de même direction, même intensité et de sens opposés se compensent. LCD-Physique page 9

10 7. La loi de Hooke livre page 19 & 20, exercices page 21 Un ressort est déformé lorsqu une force est exercée sur lui. Etudions la relation entre force exercée et allongement produit. dispositif expérimental : tableau de mesures : m en kg F en N x en cm observations : LCD-Physique page 10

11 conclusion : la loi de Hooke signification de k : LCD-Physique page 11

12 8. La masse volumique livre page 32 & 33, exercices page 33 Verre ou cuivre?quel est le matériau le plus lourd? Pour trouver une réponse à cette question, il suffit de mesurer la masse de deux corps en verre, respectivement en cuivre. Mais attention! La masse d un corps varie avec son volume Il faut donc veiller à ce que le volume des 2 corps soit le même, avant de mesurer leur masse. Evidemment, cela n est pas toujours possible, mais on peut calculer la masse par unité de volume, la masse volumique ρ, qui est une constante qui dépend du matériau. Définition : exemples : ρ g Fe = 7.87 cm g ρ Al = 2.70 cm ρ eau = 1 g cm exercice : Transformer kg g en 3 cm 3 m LCD-Physique page 12

13 9. La pression livre page a) introduction et définition expérience : le bac à farine On constate que l effet de la force pressante ne dépend pas uniquement de l intensité de la force appliquée, mais aussi de la surface sur laquelle cette force est exercée. C est pourquoi on introduit une nouvelle grandeur physique, la pression. Cette nouvelle grandeur doit augmenter, lorsque la surface diminue (à force constante) définition : unité de la pression : autres unités de la pression : mesure de la pression : on mesure des pressions avec un manomètre LCD-Physique page 13

14 b) le principe de Pascal Lorsqu on exerce une pression sur un liquide enfermé, alors cette pression se transmet intégralement en tous sens et en tous points du liquide application : le cric hydraulique piston 1 piston 2 liquide LCD-Physique page 14

15 10. La pression hydrostatique livre page ; résumé page 54 a) mise en évidence et calcul observations : en plongeant, on ressent une pression sur le tympan (=Trommelfell) la pression qui existe à l intérieur des liquides au repos est appelée la pression hydrostatique expérience : on plonge un manomètre dans différents liquides résultats : La pression augmente lorsque la profondeur d immersion augmente. La pression indiquée dépend du liquide (pour une profondeur d immersion donnée). La pression s exerce dans tous les sens. Ainsi le manomètre sur la figure indiquera la même pression dans les trois positions représentées. origine de la pression hydrostatique : calcul de la pression hydrostatique : On peut montrer que la pression hydrostatique peut être calculée par la formule suivante : exercices!! LCD-Physique page 15

16 b) le paradoxe hydrostatique page La formule de la pression hydrostatique montre que la pression dépend uniquement de la hauteur du liquide : ainsi ni la forme du récipient, ni le volume total du liquide n interviennent.. Ceci s appelle le paradoxe hydrostatique : le tonneau de Pascal (livre page 46) c) le principe des vases communicants page 47 Attention : la vase = la boue le vase = le récipient LCD-Physique page 16

17 applications : écluses (cf page 47) LCD-Physique page 17