MOUVEMENT ET FORCES PLAN 1. Les interactions. 2. Notion de force. 3. Les effets d une force sur le mouvement 4. principe d inertie 1. Les interactions : On appelle système un objet (matériel), une partie d'objet ou un ensemble d'objets (ce découpage de la réalité en systèmes est un choix fait par celui qui étudie la situation). Interactions : quand un système A agit sur un système B, simultanément B agit sur A ; on dit que A et B sont en interaction. L'action de A sur B est notée A/B et l'action de B sur A est notée B/A. Cet énoncé est applicable dans toutes les situations, c'est-à-dire quand les systèmes sont au repos et aussi quand ils sont en mouvement. Représentation Représentation d'un système Représentation d'une interaction "de contact" A A/B B/A B Représentation d'une interaction "à distance" A A/B B/A B Une fois un système choisi, on ne s intéresse qu à ses interactions avec les autres systèmes (systèmes extérieurs). On représente ces interactions avec les autres systèmes sur le même schéma. Ce schéma s appelle le diagramme système interaction. Pour bien distinguer le système choisi des autres systèmes, on souligne son nom dans le diagramme. 2011/2012 1
La pratique du sport - 2 TP : Funambule, équilibriste et vecteur force Exemples Notion de force : Quand un système X est en interaction avec un système A, on appelle force exercée par A sur X l'action de A sur X. Pour représenter une force, on représente souvent le système sur lequel elle s exerce par son centre de gravité auquel on attribue la masse du système. On fait figurer ensuite la force exercée par A sur X par le représentant d un vecteur accompagné du symbole ci-contre et dont les caractéristiques sont les suivantes : - son origine est le point représentant le système ; - sa direction et son sens sont ceux de la force ; - sa longueur est proportionnelle à la valeur de la force. La valeur de la force s exprime en newton (symbole : N). 2. Les effets d une force sur le mouvement : X F A/X Une force appliquée à un corps peut modifier la valeur de sa vitesse. Une force appliquée à un corps peut modifier la direction de son mouvement. Les effets d une force sur le mouvement d un corps sont d autant plus faibles que la masse du corps est plus grande. 3. Le principe d inertie : Tout corps demeure au repos ou en mouvement rectiligne uniforme par rapport au référentiel terrestre si les forces qu il subit se compensent. 2 2011/2012
Exercices : les forces Exercice n 1 : Le poids En classe de troisième, on a vu que le poids d une boule de pétanque peut être considéré comme appliqué au centre de gravité G, ce qui suppose qu on a choisi le centre de gravité pour représenter la boule. 1) Quel est l objet qui exerce cette force que l on appelle poids? 2) Quelles sont les caractéristiques du poids? 3) Une boule posée sur le sol a un poids de 7,5 N. a) Représenter le poids de la boule à l échelle 1cm 5 N. b) Y a t il d autres forces exercées sur la boule? Exercice n 2 : QCM Au cours d un match de football, une faute est faite dans la surface de réparation. Un joueur est donc amené à tirer un penalty. Il pose le ballon sur le sol au point de penalty puis frappe dedans. Dites si chacune des affirmations suivantes est vraie ou fausse. Justifier chaque réponse. 1 ) Dans un premier temps nous nous intéressons au moment même où le joueur tape dans le ballon. a) Le joueur à cet instant est en interaction uniquement avec le ballon. b) Le ballon est en interaction avec le joueur. c) Le ballon est soumis à une force exercée par la. 2 ) Dans un deuxième temps nous nous intéressons au parcours du ballon dans les airs pour parvenir dans la cage du gardien de but. a) Le ballon est soumis à trois forces. b) Le ballon exerce une force sur la. c) Le joueur qui a tiré le penalty exerce une force sur le ballon. 3 ) Dans un troisième temps nous nous intéressons à l arrêt du ballon par le gardien de but (très doué) a) Le gardien de but est en interaction avec le ballon. b) Le gardien de but exerce une force sur la. c) Le ballon exerce une force sur la. Exercice n 3 : saut en parachute Un parachutiste s apprête à prendre l avion pour effectuer un saut en parachute. Situation 1 : Le parachutiste est debout, immobile sur la piste d envol et attend son avion. a) Lister les interactions en prenant comme système d étude l ensemble {parachutiste +parachute} b) On représente le système {parachutiste + parachute} par un point. - Faire la liste des forces s exerçant sur le système. - Proposer un schéma des forces s exerçant sur le système. - A votre avis ces forces se compensent-elles? Expliquez votre point de vue. Situation 2 : Le parachutiste est dans l avion en plein vol. a) Dans quel référentiel le parachutiste est-il immobile? b) Citer un référentiel dans lequel le parachutiste est en mouvement. c) Lister les interactions en prenant comme système d étude l ensemble parachutiste + parachute. Situation 3 : Le parachutiste saute de l avion sans ouvrir son parachute. a) Lister les interactions en prenant comme système d étude l ensemble {parachutiste + parachute} b) En déduire la liste des forces s exerçant sur le système. c) Proposer un schéma des forces s exerçant sur le système. d) A votre avis ces forces se compensent-elles? Expliquez votre point de vue. Situation 4 : Le parachutiste ouvre son parachute lors de sa chute. a) Lister les interactions en prenant comme système d étude le parachutiste. b) En déduire la liste des forces s exerçant sur le système. c) Proposer un schéma des forces s exerçant sur le système. 2011/2012 3
La pratique du sport - 2 Correction TD : les forces Exercice n 1 : Le poids En classe de troisième, on a vu que le poids d une boule de pétanque peut être considéré comme appliqué au centre de gravité G, ce qui suppose qu on a choisi le centre de gravité pour représenter la boule. 1) C est la qui agit sur la boule. 2) La direction du poids est verticale, son sens est vers le bas (de la boule de pétanque vers la ), et il est appliqué au centre de gravité de la boule. 3) Une boule posée sur le sol a un poids de 7,5 N. a) Longueur de la flèche : 1,5cm b) Oui, la force exercée par le sol sur la boule. Exercice n 2 : QCM 1) a) Faux, il est aussi en interaction avec la et le sol (et aussi avec l'air) b) Vrai puisqu'il y a contact entre le joueur et le ballon. c) Vrai car le ballon est à la surface de la 2) a) Faux, deux seulement, la force exercée par l air sur le ballon et la force exercée par la sur le ballon. b) Vrai, d'après le modèle des interactions (la exerce une force sur le ballon donc le ballon exerce une force sur la ). c) Faux, il ne touche plus le ballon donc n agit plus dessus 3) a) Vrai, car le gardien de but touche le ballon b) Vrai, d'après le modèle des interactions. c) Vrai, d'après le modèle des interactions. Exercice n 3 : saut en parachute Situation 1 : Piste a) d envol b) Liste des forces : Force exercée par la piste d envol sur le système : F pe/p+p Force exercée par la sur le système : F T/p+p Les forces se compensent car le système est immobile. Situation 2 : Le parachutiste est immobile dans le référentiel avion. Dans le référentiel terrestre, le parachutiste a le même mouvement que l avion. Situation 3 : Avion système/ avion avion /système système/ piste d envol piste d envol /système Parachutist e+parachut e Para chut Fpe/p+p FT/p+p air système / air air / système arach utiste Liste des forces : Force exercée par l air sur le système : F air/p+p Force exercée par la sur le système : F T/p+p Tant que le parachutiste descend de plus en vite, la force exercée par la doit l emporter sur celle exercée par l air. Situation 4 : 4 2011/2012
Le parachutiste ouvre son parachute lors de sa chute. Liste des forces : Force exercée par l air sur le parachutiste : F air/p Force exercée par le parachute sur le parachutiste : F p / p Force exercée par la sur le parachutiste : F T/p Si le parachutiste vient juste d ouvrir son parachute alors les forces ne se compensent pas : l action de l air est quasiment la même qu avant l ouverture et l action du parachute est très importante (cas du schéma ci-contre). Si le parachute a ouvert son parachute depuis un long moment. L action de l air devient très faible (car le parachutiste ne va pas très vite) et celle du parachute compense quasiment l action de la (de façon à ce que les 3 forces se compensent). 2011/2012 5