Forces et mouvement. Suite: la dynamique

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1 Les forces

2 Forces et mouvement Tout ce qui se passe dans l Univers est provoqué par des forces. Une force est une poussée ou une traction qui provoque le déplacement ou la rotation des objets. Il faut également une force pour mettre fin au déplacement ou à la rotation d objets. Afin de mieux comprendre, observe bien l exemple suivant. Les forces en action Lorsque tu fais du vélo, tu exerces une force motrice afin de faire avancer le vélo. En même temps, tu dois lutter contre d autres forces, les forces résistantes et la force de gravité. Si tu veux que ton vélo avance, il faut que ta force motrice soit supérieure à la résistance du vent et à la gravité. Si tu arrêtes de pédaler, tu finiras par cesser d avancer à cause de la résistance du vent et du frottement entre les pneus et la route. Suite: la dynamique Forces résistantes (résistance de l air et frottement) Et si je faisais du vélo sur la Lune? Les forces en action seraient différentes. Ainsi, comme la gravité est beaucoup plus faible et qu il n y a pas d air (donc une moins grande force de frottement), tu aurais à fournir beaucoup moins d efforts pour avancer De plus, si tu cessais de pédaler, tu continuerais à avancer beaucoup plus longtemps que sur la Terre, car seule la friction entre le sol et tes pneus viendrait s opposer à ton mouvement. Force motrice Force de gravité

3 Force motrice Une force motrice est une force qui a pour effet de provoquer un mouvement. Par exemple, la force musculaire que tu appliques pour lancer une balle aura pour effet de la faire accélérer. Retour

4 Mini cours sur la friction Forces résistantes Les forces résistantes s opposent au mouvement. Les deux les plus courantes sont: Frottement: Le frottement fait généralement référence à la friction entre un objet et une surface. Imagine que tu pousses un objet sur un tapis. Tu ressentiras la résistance. Il sera toutefois beaucoup plus facile de pousser cet objet si tu es sur la glace, ce matériau offrant beaucoup moins de résistance. Résistance de l air: Sur Terre, on lutte continuellement contre la résistance de l air. On s en rend compte lorsqu on fait une activité à l extérieure, telle du vélo. Dans l espace, par contre, il n y a pas d air. Par conséquent, rien ne peut ralentir le mouvement des corps célestes. Retour Voir ce principe en action

5 La dynamique et Newton Ainsi, les forces et le mouvement sont intimement liés. On appelle la dynamique la science physique qui étudie ces liens. En 1687, Isaac Newton, un savant physicien, mathématicien et astronome britannique, a élaboré trois lois afin d expliquer la façon dont les forces font bouger les objets.

6 Première loi de Newton Selon la première loi de Newton, si aucune nouvelle force n agit sur un objet, son mouvement ne change pas. On appelle cela le principe d inertie. Ainsi, un objet immobile demeurera immobile, un objet qui se déplace à une certaine vitesse continuera à se déplacer à cette vitesse. En résumé, il faut une force pour amorcer un mouvement, mais pas pour le maintenir (tant et aussi longtemps qu il n y a pas de force opposée). Sur la Terre Sur Terre, il y a toujours des forces résistantes en action, ce qui fait que le mouvement fini par arrêter. Toutefois, on peut constater que si on réduit au maximum la résistance, il semble possible de continuer à avance presque indéfiniment. Ainsi, un patineur, une fois en mouvement, peu continuer très longtemps à avancer sans fournir de nouvel effort musculaire. Des exemples d application Dans l espace Mini cours sur la 1 ère loi Pratiquement tous les astres (planètes, étoiles, etc.) qui composent l Univers tournent sur eux-mêmes. Pour comprendre pourquoi, il faut remonter dans le temps, au moment de leur création. À ce moment, les forces en présence ont entraîné la rotation du nouvel astre. Depuis, comme aucune force ne s est opposé à ce mouvement, l astre a continué à tourner sur lui-même à la même vitesse en accord avec le principe d inertie.

7 Deuxième loi de Newton Mini cours sur la 2 e loi Sur la Terre Selon la deuxième loi de Newton, quand une force agit sur un objet, la vitesse ou la direction de l objet change. On dit que l objet subit une accélération. Les effets Des exemples d application d une force sur un objet Dans l espace Pour accélérer, le cycliste va mobiliser une plus grande force musculaire La voiture accélère grâce à la poussée de son moteur. Si je laisse tomber une roche, celleci chute de plus en plus vite à cause de la force de gravité. La Lune tourne autour du Soleil. Un objet qui suit une trajectoire circulaire change continuellement de direction. Selon la deuxième loi de Newton, cela signifie que cet objet subit continuellement l action de forces. Dans le cas de la Lune, il s agit de la force de gravité et de la force centripète. Ainsi, même si on ne voit pas ces forces, le mouvement de la Lune nous permet de déduire leur présence.

8 Troisième loi de Newton Mini cours sur la 3 e loi Sur la Terre Selon la troisième loi de Newton, quand une force agit sur un objet, celui-ci réagit en opposant une force égale et de sens opposé. Des exemples d application Action-réaction en action!

9 La chute des corps: des conceptions diverses 350 ans avant J.-C Aristote énonce la règle suivante: si on laisse tomber deux objets, le plus massif touchera le sol en premier. Il ne fait aucune expérimentation pour vérifier sa théorie. Galilée énonce la règle suivante: si on laisse tomber deux objets, ils touchent le sol en même temps peu importe leur masse. Il recours à l expérimentation. Newton veut comprendre ce que Galilée a découvert. Il énonce la règle suivante: tous les objets s attirent mutuellement les uns les autres donc la gravitation est universelle. Il recours à l expérimentation.

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11 Qu est-ce qui influence la chute des corps? En faisant tomber simultanément des objets de masses différentes du haut de la tour de Pise, Galilée constate que ceux-ci touchent le sol en même temps. Cela signifie que la masse n a aucun impact sur la vitesse à laquelle tombe les corps. On peut donc conclure que l accélération du à la gravité est la même partout à la surface de la Terre. Force de gravité à la surface de la Terre : 9,8 m/s 2 Mini cours sur l accélération

12 Jeu sur la friction et la gravité Qu est-ce qui influence la chute des corps? Si cela est vrai, pourquoi une plume tombe-t-elle plus lentement que d autres objets plus lourd, tels une bille? Il y a d autres forces en action! Ces forces résistantes ralentissent le mouvement des objets Jeu Galilée et la tour de Pise

13 Une expérience sur la Lune Ainsi, la chute des corps n est pas influencée par leur masse, mais plutôt par la résistance de l air. Selon la forme de l objet, la résistance sera plus ou moins grande. Comme dans l espace il n y a pas d air, tous les objets tombent à la même vitesse.

14 Masse et poids Masse Poids Définition: Quantité de matière. La masse d un objet ne change pas, peu importe où l on se trouve. Unité de mesure: kg Instrument de mesure: balance Définition: Force exercée par la gravité sur un objet. Le poids d un objet varie donc selon la gravité du lieu où l on se trouve. Unité de mesure: newton Instrument de mesure: dynamomètre Différence entre la masse et le poids Mini cours sur la masse et le poids

15 Calcul du poids d un corps P = m x g P = poids m = masse du corps g = force de gravité Calcule ton poids sur d autres planètes! P = m X g P = 45 X 9,8 P = 441 N Ton poids sur la Terre Ton poids sur la Lune P = m X g P = 45 X 1,7 P =76,5 N

16 Le mouvement et la gravitation universelle La pomme tombe sur la Terre, car elle est soumise à une force, la force de gravité Mais alors, pourquoi la Lune ne tombe-t-elle pas? La pomme d Isaac Newton Et bien, elle tombe! La naissance de l idée d attraction universelle a pris la forme d une petite histoire, sans doute une fable, mais saiton jamais Dans la douceur d une soirée d automne, Newton rêve sous un pommier en regardant la Lune Soudain une pomme tombe car tout ce qui est privé de support tombe sur la Terre. Newton se questionne

17 Déplacement dû à la vitesse de travers seule Position réelle tenant compte de l attraction terrestre et de la vitesse initiale de la Lune Déplacement dû à l attraction terrestre seule Pour voir un vidéo clique ici

18 La Lune tomberait verticalement et s écraserait sur la Terre

19 Bye bye. La Lune s échapperait et ne serait pas alors le satellite naturel de la Terre.

20 La Lune s écraserait sur la Terre.

21 Bye bye. La Lune s échapperait et ne serait pas alors le satellite naturel de la Terre.

22 La Lune reste en orbite autour de la Terre.

23 La Lune tombe indéfiniment, en décrivant autour de la Terre un cercle qui la maintient toujours à la même distance, dans un état de chute permanente!

5 Principes de Newton

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