Définitions. des effets qu elles ont sur le mouvement. traction

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Julien Morel
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1 Module 2 Dynamique

2 Définitions Dynamique : Étude des forces et des effets qu elles ont sur le mouvement Force (F) : Une poussée ou une traction

3 Force de gravité (F g ) : Force normale (F N ) : Force d attraction entre tous les objets Force perpendiculaire au plan

4 Frottement (F f ) : Force qui s oppose au mouvement Force nette (F nette ) ou Force résultante (F R ) : Somme de toutes les forces agissant sur un objet

5 Tension (F T ) : Force exercée par des matériaux qui peuvent être étirés (cordes, fibres, ressorts, câbles)

6 Frottement statique (F S ) : Force qui cherche à empêcher un objet immobile de se mettre en mouvement Frottement cinétique (F C ) : Force qui ralentit un objet en mouvement Diagramme de forces : Diagramme montrant toutes les forces agissant sur un objet

7 Mise en situation 1 Un attelage de chiens tire un traîneau chargé vers le haut d une colline enneignée, comme le montre la figure ci-dessous. Chacun des quatre vecteurs représente la grandeur et la direction d une force agissant sur le traîneau. Nomme chacune des forces.

8 Mise en situation 2 Un enfant pousse horizontalement une boîte, mais cette boîte ne bouge pas. Pourquoi? Quelles forces agissent sur la boîte? La force résultante agissant sur cette boîte est-elle égale à zéro? Pourquoi?

9 Mise en situation 3 Tu appliques une force horizontale sur le côté de ton manuel de physique, tout juste suffisante pour le faire avancer lentement à vitesse constante. Comment devras-tu modifier la force pour permettre à deux manuels identiques, l un sur l autre, de se déplacer à vitesse constante?

10 Exemples 1) Tu lances une balle vers le haut à la verticale. Trace un diagramme de forces de la balle juste avant qu elle ne quitte ta main.

11 2) Un enfant applique une force horizontale sur une chaise qui demeure immobile. Trace un diagramme de forces pour la chaise.

12 3) Un enfant tire un traîneau à vitesse constante et avec une force parallèle à la pente. Trace un diagramme de forces pour le traîneau.

13 4) En frappant un ballon de volleyball, un joueur applique une force moyenne de 9,9N à 33 au-dessus de l horizontale pendant 5ms. La force de gravité exercée sur le ballon est de 2,6N vers le bas. Détermine la force nette sur le ballon au moment où le joueur le frappe.

14 5) Un déménageur pousse une cuisinière sur un plancher de cuisine à une vitesse vectorielle constante de 18 cm/s [avant]. Il exerce une force horizontale de 85 N [avant]. La force de gravité sur la cuisinière est de 447 N [bas]. Détermine la force normale et la force de frottement agissant sur la cuisinière.

15 Devoir Page 73 #4 Page 75 #7 et 9 Page 76 #4, 5 bd et 6

16 Lois de Newton

17 1re loi de Newton : Un objet au repos à tendance à rester au repos et un objet en MRU à tendance à rester en MRU si F R = 0.

18 Corps à l équilibre Tout objet sur lequel s exerce une force nette nulle est en état d équilibre. L équilibre est la propriété d un objet qui ne subit aucune accélération. L objet peut rester au repos ou se déplacer à vitesse vectorielle constante.

19 Questions Un avion à réaction de 12 passagers ayant une masse de 1,6x10 4 kg se déplace à une vitesse vectorielle constante de 850 km/h [E] tout en maintenant une altitude constante. Quelle force nette agit sur l avion?

20 Tu exerces une force de 45 N [vers le haut] sur ton sac à dos, le faisant se déplacer vers le haut avec une vitesse vectorielle constante. Détermine la force de gravité sur le sac.

21 2e loi de Newton : Si une force nette est appliquée sur un objet, cet objet aura une accélération dans le même sens que la force. L accélération sera directement proportionnelle à la force et inversement proportionnelle à la masse. (F R = ma)

Questions La masse d une montgolfière y compris celle des passagers est de 9,0x10 2 kg. La force de gravité agissant sur le ballon est de 8,8x10 3 N [vers le bas].

22 Questions La masse d une montgolfière y compris celle des passagers est de 9,0x10 2 kg. La force de gravité agissant sur le ballon est de 8,8x10 3 N [vers le bas]. La masse volumique de l air à l intérieur du ballon est réglée au moyen de la chaleur produite par un brûleur de façon à donner au ballon une force de flottabilité de 9,9x10 3 N [vers le haut]. Détermine l accélération verticale du ballon.

23 Le poids Le poids d un objet est égal à la force de gravité agissant sur cet objet. (F = mg) g

24 Exemple Quel est le poids d une dinde de 5,5 kg?

25 3e loi de Newton : À toute action, il y a une réaction de même grandeur mais de sens opposé.

26 Devoir Page 81 # 3, 4, 6 et 9 Page 83 # 10, 11 et 12 Page 84 # 15, 16 et 17 Page 87 # 1 à 4, 5ab et 6

27 Plans inclinés Ex : a) 4 kg V i = 0 F f = 8 N a =? 20

28 b) V i = 0 3 kg F f = 2 N d = 5 m t =? 30

29 c) V i = 2 m/s F f = 2 N d =? 2 kg 25

30 d) 4 kg V i = 0 F f = 5 N d = 1 m 20 V f = 0 F f = 8 N d =?

31 e) 5 kg V i = 2 m/s F f = 10 N d = 2 m 45 V f = 0 F f = 10 N d =?

32 f) 80 kg V i = 4 F f = 20 N d = 20 m V f = 0 F f = 40 N d =? 60 F f = 10 N d = 20 m 30

33 Devoir Feuille de travail

34 Tension Déterminer l accélération du système et la tension dans la corde a) m = 1 kg m = 3 kg

35 b) F = 5N f m = 5 kg m = 3 kg c) 2kg 4 kg F = 20N

36 Exemple Les traîneaux A et B sont reliés par une corde à l horizontale, A se trouvant devant B. Le traîneau A est tiré vers l avant par une corde à l horizontale supportant une tension de 29N. Les masses de A et de B sont de 6,7 kg et de 5,6 kg respectivement. Les grandeurs du frottement de A et de B étant de 9N et de 8N respectivement, calcule l accélération du système constitué par les deux traîneaux et la tension dans la corde reliant les traîneaux.

37 Exemple Tu attaches une pièce de un dollar (m=6,99g) et une pièce de dix cents (m=2,09g) aux deux extrémités d un fil. Tu places le fil au-dessus d une tige horizontale lisse en le tendant fermement. Finalement, tu relâches le tout, laissant la pièce de un dollar tomber et la pièce de dix cents monter. Le frottement entre le fil et la tige est négligeable. Détermine la grandeur de l accélération des pièces de monnaie et la tension dans le fil.

38 Exemple Dans une activité à la patinoire, derrière chaque enfant se trouve un parent qui se prépare à pousser horizontalement pour déterminer qui pourra pousser son enfant le plus loin. Dans cette épreuve, une des mères a une masse de 61kg et sa fille, une masse de 19kg. Les deux patineuses subissent un frottement négligeable quand leurs patins pointent directement vers l avant. Au son de la cloche, la mère pousse l enfant avec une force appliquée constante d une grandeur de 56N pendant 0,83s. Détermine l accélération de la fille, celle de la mère et la vitesse vectorielle maximale de la fille.

39 Devoir Page 92 # 2, 4, 5 et 6 Page 94 # 9 et 10 Pages 95 et 96 # 2, 3 (tension), 5, 7, 8, 10 et 11 Page 117 # 8

40 Coefficients de frottement La valeur du coefficient de frottement dépend de la nature des deux surfaces de contact μ = F f F N Voir Tableau 1 à la page 98

41 Exemple Une caisse de poissons ayant une masse de 18kg repose sur le plancher d un camion de livraison. Les coefficients de frottement entre la caisse et le plancher sont μ s = 0,45 et μ c = 0,41. Quelle est la force de frottement et l accélération si l on applique une force horizontale de 75N [E]? Une force horizontale de 95N [E]?

42 Devoir Page 101 # 3 et 4 Page 118 # 14 Feuille de travail

43 Systèmes de référence inertiels et non inertiels Système de référence inertiel: système dans lequel la 1re loi de Newton s applique (système au repos ou en MRU)

44 Système de référence non inertiel : système dans lequel la 1re loi de Newton ne s applique pas (un système accélère par rapport à un autre qui est au repos)

Exemple Trace le diagramme de forces de chacune des balles par rapport au système de référence de l autobus. L autobus et la balle se déplacent à vitesse constante.

45 Exemple Trace le diagramme de forces de chacune des balles par rapport au système de référence de l autobus. L autobus et la balle se déplacent à vitesse constante. (par rapport à l autobus, la balle est au repos) Lorsqu on freine, l autobus ralentit et la balle cherche à aller vers l avant. (par rapport à l autobus, la balle accélère vers l avant)

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