Forces macroscopiques Equilibre d''un solide Sommaiire Objectifs :-------------------------------------------------------- 1 -I- Exemples d'actions mécaniques. ----------------------------------- 2 1. Effets statiques. -------------------------------------------------- 2 2. Effets dynamiques. ------------------------------------------------ 2 -II- Modélisation d'une action mécanique : Vecteur force. --------------- 3 1. Caractéristiques d'une force. ---------------------------------------- 3 2. Vecteur force. ---------------------------------------------------- 3 -III- Actions mécaniques de contact. --------------------------------- 3 ------------------------------------------------------- 3 2. Exemples. -------------------------------------------------------- 3 3. Tension d'un ressort. ----------------------------------------------- 3 -IV- Actions mécaniques à distance.---------------------------------- 4 ------------------------------------------------------- 4 2. Poids d'un corps. -------------------------------------------------- 4 3. Autres exemples d'actions mécaniques à distance. ------------------------ 4 -V- Actions mécaniques réparties. ------------------------------------ 4 ------------------------------------------------------- 4 2. Exemples. -------------------------------------------------------- 4 1.2. Réaction d'un support (contact sans frottements). ---------------------------- 4 2.2. Réaction d'un support (contact avec frottements). ---------------------------- 4 3.2. Poids d'un corps. ------------------------------------------------------- 5 4.2. Poussée d'archimède --------------------------------------------------- 5 -VI- Complément: Effet d'une force sur un solide en rotation. ------------ 5 Objectifs : Connaître les caractéristiques de quelques forces usuelles. Faire le bilan des forces s'exerçant sur un solide. Déterminer la résultante de plusieurs forces. Prévoir les effets produits par une force s'exerçant sur un solide. Etudier l'équilibre d'un solide soumis à plusieurs forces. j f Chaque instant est bonheur à qui est capable de le voir comme tel. 1/5
Forces macroscopiques Equilibre d''un solide -I- Exemples d'actions mécaniques. On appelle action mécanique une action exercée par un objet sur un autre objet. Une action mécanique se manifeste par ses effets. 1. Effets statiques. Le ressort se déforme. La pâte à modeler se déforme. Une action mécanique peut produire la déformation d'un objet. 2. Effets dynamiques. Le fil empêche la boule de tomber Le meuble empêche le livre de tomber La balle tombe sous l'action de l'attraction terrestre Le fil provoque la rotation de la porte Une action mécanique peut empêcher ou provoquer le mouvement d'un objet. L'aimant modifie le mouvement de la boule. Une action mécanique peut modifier le mouvement d'un objet. j f Chaque instant est bonheur à qui est capable de le voir comme tel. 2/5
-II- Modélisation d'une action mécanique : Vecteur force. 1. Caractéristiques d'une force. On appelle "force exercée par A sur B" l'action mécanique exercée par un objet A sur un objet B. Une force est caractérisée par: sa direction. son sens. son intensité. son point d'application. Remarques: L'intensité d'une force se mesure à l'aide d'un dynamomètre. Elle s'exprime en Newtons (N). 2. Vecteur force. Une force sera modélisée par un vecteur. A/B: force exercée par l'objet A sur l'objet B. Ce vecteur sera défini de la façon suivante: Origine: point d'application de la force. Direction: direction de la force. Sens: sens de la force. Norme: intensité de la force. Remarque: La droite définie par la direction et le point d'application de la force s'appelle la droite d'action de la force. -III- Actions mécaniques de contact. On dit que l'action mécanique exercée par un corps A sur un corps B est une action mécanique de contact lorsque l'action mécanique nécessite le contact physique entre les corps A et B. 2. Exemples. 3. Tension d'un ressort. l 0 la longueur du ressort à vide. l la longueur du ressort lorsqu'on applique une force T à son extrémité. Lorsqu'on applique une force T à l'extrémité du ressort, celui-ci s'allonge d'une longueur x=l-l o. On montre que l'allongement x du ressort est proportionnel à la force F exercée à son extrémité. T = k.x ou T = k.(l l 0 ) avec T en Newtons (N) l, l o et x en mètres (m) k: constante de raideur du ressort en N.m -1 j f Chaque instant est bonheur à qui est capable de le voir comme tel. 3/5 T
-IV- Actions mécaniques à distance. On dit que l'action mécanique exercée par un corps A sur un corps B est une action mécanique à distance lorsque l'action mécanique ne nécessite aucun contact physique entre les corps A et B. 2. Poids d'un corps. L'attraction gravitationnelle de la Terre s'exerce sur toutes les particules, atomes ou molécules constituant un corps. L'ensemble de ces actions mécaniques constituent le poids du corps. direction: verticale. sens: vers le bas. intensité: P=m.g P est le poids en Newton (N). M est la masse en g. G est intensité de l apesanteur en N.kg -1 (ou l accélération de l apesanteur en m.s -2 ). point d'application: centre d'inertie du corps G. 3. Autres exemples d'actions mécaniques à distance. force électrostatique force magnétique -V- Actions mécaniques réparties. Une action mécanique est répartie si elle s'exerce sur une large surface du solide ou sur la totalité de son volume. Une action mécanique qui n'est pas répartie est dite localisée (elle s'exerce en un point du solide). 2. Exemples. 1.2. Réaction d'un support (contact sans frottements). La table exerce sur le livre une infinité de forces réparties 1, 2,... n. L'action mécanique exercée par la table sur le livre peut être représentée par une force unique = 1 + 2 +... + n. est la réaction de la table sur le livre. C'est une force répartie de contact. Remarques: Le point d'application de est le centre de gravité de la surface de contact. Si le contact s'effectue sans frottements, la direction de la réaction est perpendiculaire à la surface de contact. 2.2. Réaction d'un support (contact avec frottements). Dans ce cas, se décompose en deux forces réparties: N: composante normale qui s'oppose à l'enfoncement de l'objet dans le support. T: composante tangentielle ou force de frottements. j f Chaque instant est bonheur à qui est capable de le voir comme tel. 4/5
=> T correspond à des actions de frottement ou d'adhérence. Le sens de T dépend du phénomène étudié. 3.2. Poids d'un corps. La Terre exerce sur le solide S une infinité de forces à distance 1, 2,.., n. La somme de ces forces donne le poids = 1 + 2 +... + n, force répartie appliquée au centre d'inertie G du solide. 4.2. Poussée d'archimède L'objet subit une poussée verticale répartie de bas en haut d'intensité égale au poids du volume de fluide déplacé. A = ρ.v.g avec A: Poussée d'archimède en N ρ: Masse volumique du fluide en kg.m -3. g: intensité de la pesanteur: g=9,81 N.kg -1 à Paris -VI- Complément: Effet d'une force sur un solide en rotation. Pas de rotation Pas de rotation Pour qu'une force ait un effet sur la rotation, il faut que: sa direction ne soit pas parallèle à l'axe de rotation. sa direction ne rencontre pas l'axe de rotation. Rotation j f Chaque instant est bonheur à qui est capable de le voir comme tel. 5/5