Sciences Physiques 2 nde S.ZAYYANI Fiche de Cours Unité : Mécanique Chapitre: 2 - Forces et le principe d inertie Forces DEFINITION : Une force est une action mécanique capable de modifier et le mouvement d un objet (ou une partie de l objet). Il existe deux types de forces : Forces de contact : les actions qui s exercent tant que le contact existe. Ex : frottement. Forces à distance : les actions qui s exercent sans qu un contact soit nécessaire. Ex : gravitation, électrique, magnétique. Effets d une force On a vu que le mouvement d un corps est décrit par l ensemble de 1) sa trajectoire, et 2) sa vitesse. Donc une force peut modifier : 1) uniquement la trajectoire, 2) uniquement la vitesse, 3) les deux. QUESTION : Quel paramètre influence l effet d une force sur un corps? REPONSE : Sa masse. Les effets d une force déterminée sur on un corps sont autant plus important que la masse du corps est plus petite. EXEMPLE : Imaginons une balle de tennis et une balle de bowling. Si on applique la même force, on verra que le mouvement de la balle de tennis sera plus modifié que la balle de bowling. Vecteur Force : Caractéristiques et représentation Une force est une grandeur physique dite vectorielle, c'est-à-dire, une grandeur qui a une valeur ainsi que une direction et un sens. Elle est représentée par un segment fléché, appelé vecteur force (force vector) : 1
L origine de la flèche est le point d application. Pour les forces de contact c est le point de contact, et pour les forces à distance c est le centre de gravité. La direction et le sens de la flèche correspondent à la direction et au sens de la force agissant sur le corps. La longueur est proportionnelle à la valeur de la force. La valeur du vecteur force s exprime en newtons, de symbole N. On représente les forces agissantes sur un objet avec un diagramme de forces aussi appelé un diagramme du corps libre (DCL) (Free Body Diagram FBD) qui montre le bilan des forces. EXEMPLES : QUESTION : Je lance une balle de Tennis dans l air. Après lâcher la balle, subit-elle une force? REPONSE : Non. Car la force de lancer est une force de contact : mes muscles génèrent cette force, qui est transmise à la balle grâce au contact entre ma main et la balle. Quand je lâche la balle, il n y a plus contacte entre ma main et la balle, et par conséquent plus de force appliquée à la balle par la main. Donc cette balle ne subit plus une force de contact. 2
Principe d inertie Principe d inertie(inertia) : Un système persévère dans son état de repos(state of rest) ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s exercent sur lui se compensent. Réciproquement, si un système persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme, cela signifie que les forces agissant sur le système s annulent. Encore, autrement énoncé : un corps soumis à des forces qui se compensent est l équivalent d un corps qui n est soumis à aucunes forces. Donc on peut caractériser l inertie comme la propriété de conserver une (vecteur) vitesse constante. Les forces se compensent Les forces ne se compensent pas état de repos mouvement rectiligne et uniforme rectiligne et non uniforme non rectiligne et uniform non rectiligne et non uniforme Considérons les situations suivantes : i. Une personne assise dans une voiture immobile sentira une force vers l arrière quand la voiture commence à bouger vers l avant. ii. Une personne dans une voiture en mouvement rectiligne uniforme (vitesse constante, ligne droite) sentira une force vers la gauche quand la voiture fait un virage vers la droite. iii. Quand le métro accélère on est «poussé» vers l arrière. iv. Une balle lancée dans l air subit une seule force, celle de la gravité, qui agit vers le bas, continue à monter malgré l absence d une force dans cette direction v. Quand une bille est posée sur une table, son poids tend à la faire tomber, alors que l action de la table l en empêche. Soumise à ces deux forces, la bille reste au niveau de la table. Les forces qui s exercent sur l objet se compensent. Explication : Dans la situation i. La personne est dans l état de repos dans le référentiel terrestre, qui comprend la voiture immobile. Selon le Principe d inertie, son corps veut rester dans cet état. Quand la voiture commence à se déplacer, le corps voudrait rester immobile dans le référentiel Terrestre, mais dans le référentiel de la voiture il est maintenant en mouvement vers l arrière, d où la «force» qu il sent dans cette direction. ii. La personne et la voiture sont dans un mouvement rectiligne uniforme, et ils veulent rester dans cet état. Quand la voiture tourne vers la droite, le corps va persister dans son mouvement rectiligne. Donc dans le référentiel de la voiture, on sent une force vers la gauche. iii. Quand on est stationnaire dans un train immobile on est tous dans l état de repos. Quand le train commence à se déplacer il est plus dans un état de repos, mais nous on veut rester dans cet état. Donc on va rester immobile dans le référentiel terrestre, et donc on recule dans le train. iv. Pourriez-vous expliquer cette situation grâce au principe d inertie? 3
Exercice Résolus 4
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