Les forces.

Auteurs: Daniel GENELLE (Maths-Sciences)                              (Optimisé pour Mozilla Firefox.)  

Pour pouvoir lire les mots de vocabulaire cachés (fond jaune), il suffit de passer la souris sur le mot.

Sommaire

I) Les actions mécaniques : comment les décrire et les représenter.
1) Définition :
2) les différentes actions mécaniques :
a) Les actions mécaniques de contact ou à distance :
b) Les actions mécaniques ponctuelles ou réparties :
3) Les caractéristiques d’une action ponctuelle :
a) Le point d’application de la force :
b) La droite d’action d’une force :
c) Le sens de la force :
d) L’intensité de la force :
4) Modélisation d’une action mécanique.
II) Étude d’une force particulière le poids :
1) Comparaison poids masse :
2) Les caractéristiques du poids d’un corps :
a) Le point d’application du poids d’un corps :
b) La représentation graphique du poids d’un corps.

I) Les actions mécaniques : comment les décrire et les représenter.

Pour déplacer un bloc de bois posé sur une table, nous devons fournir un effort physique en tirant ou en poussant. Nous réalisons donc une action mécanique que l’on appelle force.

1) Définition :

Une force est une action qui est capable :

Retour au sommaire

2) les différentes actions mécaniques :

a) Les actions mécaniques de contact ou à distance :

Activité : Mettre un « C » lorsqu’il s’agit de contact ou un « D » lorsque qu’il s’agit de force à distance à côté des expressions suivantes.     
       Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...

- Pousser un objet à l’aide d’un doigt.
- Flèche lancée par l’action élastique de l’arc.
- Clou attiré par un aimant.
- Pierre projetée par une fronde.
- Tige en plastique frottée sur un tissu attire un morceau de papier ou une matière légère.
- Glaçon flottant à la surface de l’eau.
- Bouchon de champagne propulsé par le gaz carbonique.
- Objet qui tombe sur le sol.

Retour au sommaire

b) Les actions mécaniques ponctuelles ou réparties :

Ponctuelle.JPG

L’action qui provoque le déplacement du bloc est appliquée en un point particulier, le point A, le bloc subit une action ponctuelle.

Repartie.JPG

Ce même bloc repose sur une table, soumis à l’action de la pesanteur, il ne tombe pas car la table exerce sur lui une action répartie.

Retour au sommaire

3) Les caractéristiques d’une action ponctuelle :

a) Le point d’application de la force :

Le point d’application de la force est l’endroit ou s’exerce la force.

Répondre aux questions, pour cela passez la souris sur chaque figure pour voir comment agira la force exercée au point décrit.
            Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...

La force appliquée en A aura tendance à faire basculer le bloc , celle appliquée sur l’autre bloc en B aura tendance à le faire basculer .

Retour au sommaire

b) La droite d’action d’une force :

Répondre aux questions, pour cela passez la souris sur chaque figure pour voir comment agira la force exercée au point décrit.
            Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...

Dans chaque cas, le point d’application de la force est le même.
La droite d’action du schéma de gauche est une droite .
La droite d’action du schéma de droite est une droite .

Retour au sommaire

c) Le sens de la force :

Le sens d’une force est le sens du mouvement qu’elle provoque ou qu’elle tend à provoquer.

Répondre aux questions, pour cela passez la souris sur chaque figure pour voir comment agira la force exercée au point décrit.
            Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...

Le point d'application et la droite d'action de chaque force sont les mêmes.

Le sens de la force du 1er schéma est de vers .
Le sens de la force du 2nd schéma est de vers .

Retour au sommaire

d) L’intensité de la force :

La déformation du 2nd ressort est moins importante que celle du 1er. La force appliquée sur le 1er ressort est plus intense que celle appliquée sur le 2nd. La force possède une intensité que l’on pourra mesurer.

L’intensité d’une force peut se mesurer, l’unité d’intensité est le newton.
Dont le symbole est   N   .

L’outil de mesure de l’intensité d’une force s’appelle le dynamomètre.

Ils existent plusieurs modèles de dynamomètres :

Peson.JPG Dyn_circu.JPG
Le dynamomètre linéaire : le peson Le dynamomètre circulaire


Conseil: regarde la vidéo ci-dessous de Paul Olivier.
Vidéo : Action mécanique et interaction : ( 2 min 05 )

Retour au sommaire

4) Modélisation d’une action mécanique.

Toute action mécanique ponctuelle peut se représenter par une flèche que nous appellerons Vecteur.

Pour tracer un vecteur, nous établirons la correspondance suivante :

Force Vecteur
- Point d'application - Origine
- Droite d'action - Support
- Sens - De l'origine vers l'extrémité
- Intensité - Longueur du vecteur
Soit F la force appliquée, le vecteur s’écrit F.

Conseil: regarde la vidéo ci-dessous de Paul Olivier.
Vidéo : Caractériser et modéliser une force : ( 3 min 42 )

Exercice : Représenter le vecteur qui caractérise la force appliquée au bloc de bois en A.
Cette force a pour support une ligne horizontale, son sens de la gauche vers la droite et son intensité 3 N. (Échelle : 2 cm → 1 N)






Exercice : Un ressort est accroché à l’une de ses extrémités à un support et à l’autre à une masse par l’intermédiaire d’une poulie. Répondre aux questions.     

Ressort.JPG

a) Donner un nom aux forces agissant sur le ressort en compléter les expressions.     
       Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...

- La force du sur FA.

- La force sur FB.

b) Faire la symbolisation relative au ressort.     






c) Compléter le tableau des caractéristiques des forces subies par le ressort. Faire glisser les expressions dans les différentes cases.     
       Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci. Un bouton rouge apparait sous les cases contenant des signes faux...

Forces Point
d'application
Droite
d'action
Sens Intensité
FA
FB

A.JPG B.JPG G.JPG Interro.JPG Vert_bas.JPG
Vert_haut.JPG Diag_bas.JPG Diag_haut.JPG Oblique.JPG Vertical.JPG

Retour au sommaire

II) Étude d’une force particulière le poids :

Un spationaute se déplace-t-il aussi facilement sur la terre que sur la lune (si l’on ne tient pas compte de son encombrante combinaison) ?

Un spationaute se déplacerait beaucoup plus facilement sur la lune que sur la terre sans son encombrante combinaison. La Lune exerce elle aussi une force de gravité comme la terre, mais celle-ci est bien moins importante que sur Terre. Sur la surface lunaire, votre poids serait par exemple six fois plus faible que sur Terre ! Nous pourrions donc sauter 6 fois plus haut avec le même effort.

Pourquoi, lors des Jeux Olympiques de Mexico en 1968, des records ont été largement battus (Saut en longueur : record qui passa de 8,35 m à 8,90 m) ?

Les Jeux olympiques de Mexico de 1968 connurent beaucoup de records. En effet, la capitale du Mexique se trouvant en altitude, les effets de la pesanteur étaient moins grands sur les corps des athlètes. Il y eut donc beaucoup de records dans les épreuves demandant un effort court et intense, tels que les sprints, les sauts et les lancers. Sur les distances plus longues, cela favorisa les coureurs habitués à l'altitude (et donc à moins d'oxygène) comme les Kényans et Éthiopiens.

Conseil: regarde la vidéo ci-dessous de Paul Olivier.
Vidéo : Différence poids et masse : ( 4 min 12 )

1) Comparaison poids masse :

Comparons dans le tableau suivant poids et masse :

Poids Masse
- Le poids est une action.
   
- La masse représente la quantité de matière.
   
- L’intensité (valeur) du poids varie avec le lieu.
   
- La masse ne varie pas avec le lieu.
   
- L’intensité (valeur) du poids se mesure avec un dynamomètre.
   
- La masse se mesure avec une balance.
   
- L’intensité (valeur) du poids s’exprime en   N  .
   
- La masse s’exprime en   g  .
   


Lorsque l’on change de lieu, l’intensité du poids varie or la masse d’un corps est invariable.
En effet, un poids est une force et une masse est une quantité de matière.
L’unité de masse est le gramme (symbole   g  ) dont l’un des multiples est le   kg  . Pour mesurer une masse on utilise une balance.

Retour au sommaire

2) Les caractéristiques du poids d’un corps :

a) Le point d’application du poids d’un corps :

Le poids d’un corps est une action répartie, or pour matérialiser cette action mécanique il faut définir un point d’application à cette force. Nous admettrons donc que le point d’application du poids d’un corps est le centre de gravité G de ce corps.

b) La représentation graphique du poids d’un corps.

Un objet tombe car il attiré vers le centre de la terre. Le poids de l’objet est une action mécanique dont :

La valeur du poids P d’une plaque métallique de forme quelconque de centre G est P = 9 N. Répondre aux questions.
    
a) Représenter ce poids à l’échelle 1 cm pour 2 N.






b) Compléter le tableau de caractéristiques du poids de cet objet. Faire glisser les expressions dans les différentes cases.     
       Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci. Un bouton rouge apparait sous les cases contenant des signes faux...

  Poids   Point
d'application
Droite
d'action
Sens Intensité
P
N.

A.JPG B.JPG G.JPG Interro.JPG Vert_bas.JPG
Vert_haut.JPG Diag_bas.JPG Diag_haut.JPG Oblique.JPG Vertical.JPG


Voir le T.P. Relation poids masse.

Exercice : Une voiture possède une masse de 1 350 kg. Calculer le poids de la voiture en répondant aux questions (on prendra g = 9,81 N/kg).     
       Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...

a) Sélectionner parmi les formules suivantes celle qui donne le poids.

m = P.g       P = m.g       g = P.m      

b) Recopier la formule dans les premières cases en respectant majuscule et minuscule. Compléter les valeurs dans l'ordre d'apparition de la formule et calculer (ne pas arrondir).

= x = x = N.


Exercice : L’indication donnée sur une boite de sucre « Poids net 1 kg » est-elle correcte ? Pourquoi ?     
       Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...

L’indication donnée sur une boite de sucre « Poids net 1 kg » correcte car kg correspond .



Exercice : Quel est l’intensité de la pesanteur en un lieu ou un sac de ciment de masse m = 50 kg a un poids P = 489 N. Dans ce que vous avez vu précédemment (T.P.), quel pourrait être ce lieu ?     
       Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...

a) Ecrire la formule donnant le coefficient g en respectant majuscule et minuscule.

g =
  
━━━━━━━━━━━━
  
.

b) Remplacer les lettres de la formule par leur valeur et calculer le résultat.

g =
  
━━━━━━━━━━━━
  
= N/kg.

c) Quel pourrait être ce lieu en vous référent au tableau suivant.

Lieu Équateur Paris Pôle 550 km d'altitude
Valeur g = 9,78 N/kg g = 9,81 N/kg g = 9,83 N/kg g = 8,44 N/kg
Lieu Lune Mars Saturne Jupiter
Valeur g = 1,6 N/kg g = 3,7 N/kg g = 10,5 N/kg g = 25 N/kg
Ce lieu pourrait être .


Conseil: regarde la vidéo ci-dessous de Paul Olivier.
Vidéo : Calculer le poids P = mg : ( 4 min 45 )

Conseil: regarde la vidéo ci-dessous de Paul Olivier.
Vidéo : Calculer Poids et masse avec P = mg : ( 4 min 48 )

Retour au sommaire