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PCCL FORCES – 2e – Modélisation d’une action par une force. Principe des actions réciproques (troisième loi de Newton). Caractéristiques d’une force. Exemples de forces – force d’interaction gravitationnelle – poids – force exercée par un support et par un fil. Vecteur norme, une direction, un sens. Distance – Contact. Physique Chimie au Lycée | Cours de 2e | Classe de seconde.>

physique chimie college lycee
FORCES – 2e 
→ MODÉLISER UNE ACTION SUR UN SYSTÈME – FORCES ←
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1. Actions

L’action sur un systèmeCe dont on a choisi d’étudier le mouvement, l’équilibre ou la déformation : objet, personne, particule, astre… ne se voit pas. On en voit les effets.

 

Définition :
Une action mécanique sur un système peut produire :

– la modification de sa vitesse (valeur et/ou direction) ;
– son équilibre ;
– sa déformation.

 

mouvement modifié

Une action mécanique sur un objet peut produire la modification de sa vitesse

équilibre

L'action mécanique de la main maintient la balle en équilibre dans le référentiel terrestre

déformation

L'action mécanique de la main déforme le ressort

Une action ne vient jamais de nulle part.

 

Retenir :
Une action mécanique est exercée par un système sur un autre.
Elle peut être de contact ou à distance.

 

 

Un système est soumis à plusieurs actions mécaniques extérieures

Situation

Diagramme Objet-Interaction

(ou Diagramme Système-Actions)

1 : Nommer le système étudié. Le placer au centre.

2 : Lister les objets qui interagissent avec le système étudié. Les placer autour.

3 : Associer une double-flèche à chaque interaction. En traits pleins si contact, sinon en pointillés.

Le DOI : diagramme objet-interaction

Diagramme Objet-Interaction

 

ACTIONS À DISTANCE

gravitation

Une action mécanique à distance : l'interaction gravitationnelle

magnétisme

Une action mécanique à distance : l'interaction magnétique

électricité

Une action mécanique à distance : l'interaction électrostatique entre une règle frottée et les morceaux d'un papier léger (essuie-tout)

ACTIONS DE CONTACT

interaction pied/ballon

Exemple d'interaction de contact

interaction air/voilier

Exemple d'interaction de contact

interaction main/fil

Exemple d'interaction de contact

 

2. Modélisation d’une action par une force

 

Parce qu’une action ne se voit pas, le concept de force a été inventé :

Définition :
La force \( \displaystyle\mathsf {\overrightarrow{F}_{_{A/B}}} \) modélise l’action mécanique exercée par A sur B.

Une force est caractérisée par :

– point d’application (au point de contact, sinon au "centre") ;
– direction (ou droite d’action) ;
– sens ;
– valeur en newtons (N).

 

Retenir :
La
valeur d’une force se mesure en newtons (N) avec un dynamomètre.
 

Représenter la force \( \displaystyle\mathsf {\overrightarrow{F}_{_{A/B}}} \) exercée par la main sur sur le dynamomètre. Échelle : 1 N représenté par 4 cm

 

 

3. Principe des actions réciproques

 

Ce principeAffirmation qu’aucune expérience n’a encore invalidée, et qui ne se démontre pas est aussi connu comme la 3e loi de Newton :

Lorsque deux corps A et B sont en interaction, la force de A sur B est égale et opposée à la force de B sur A.

\( \displaystyle\mathsf {\overrightarrow{F}_{_{A/B}}\ = \ -\ \overrightarrow{F}_{_{B/A}}} \)

 

 

sol coureur action réciproque 3e loi Newton
patineur 1 et 2 action réciproque 3e loi Newton
gaz fusee action réciproque 3e loi Newton

 

 

4. Exemples de forces

 

4.1. Force d’interaction gravitationnelle

Deux systèmes A et B de masses mA et mB, dont les centres sont séparés d’une distance d, exercent l’un sur l’autre des forces attractives égales et opposées :

\( \displaystyle\mathsf {\overrightarrow{F}_{_{A/B}}\ = \ -\ \overrightarrow{F}_{_{B/A}}} \) de valeur commune :

\( \displaystyle\mathsf {F =\ G\ x\ \frac{m_A.m_B}{d^2}} \)

\( \displaystyle\mathsf {F\ (N)} \)

\( \displaystyle\mathsf {m\ (kg)} \)

\( \displaystyle\mathsf {d\ (m)} \)

\( \displaystyle\mathsf {G\ =\ 6,67.10^{-11}\ N.m^2.kg^{-2}} \)

Exercice : Le téléscope Hubble a été satellisé autour de la Terre à une distance d du centre de la Terre. Calculer la valeur des forces gravitationnelles qui s’exercent entre Hubble et la Terre.

Données :

Distance d = 6,97.103 km

Masse de la Terre : mT = 5,97.1024 kg

Masse du sattellite : mS = 1,1.104 kg

 

 

 

\( \displaystyle\mathsf {F =\ G\ x\ \frac{m_T\ x\ m_S}{d^2}\ =\ 6,67.10^{-11}\ x\ \frac{5,97.10^{24}\ x\ 1,1.10^4}{(6,97.10^6)^2}} \)

FT/S = FS/T = 9,0.104 N

 

 

 

 

4.2. Poids

Le poids \( \displaystyle\mathsf {\overrightarrow{P}} \) d’un système de masse m (en kg) au voisinage de la terre est la force d’attraction exercée à distance par la Terre sur le système

– direction : la verticale du lieu ;

– le sens : vers le bas ;

– la valeur :

P = m.g

P en N

m en kg

g en N.kg-1

À la surface de la Terre, la valeur moyenne de l’intensité de la pesanteur est :

g = 9,81 N.kg-1

 

 

 

 

 

4.3. Force exercée par un support (réaction du support)

La réaction \( \displaystyle\mathsf {\overrightarrow{R}} \) d’un support est une force de contact. Elle est exercée PAR le support SUR le système.

En l’absence de frottements (que le système soit immobile ou en mouvement) cette force est perpendiculaire au support, dirigée vers le système.

 

 

 

4.4. Force exercée par un fil

La force exercée par un fil (ressort, câble…) \( \displaystyle\mathsf {\overrightarrow{T}} \) qui modélise l’action qu’exerce ce fil sur le système a les caractéristiques :

– direction : celle du fil ;

– le sens : va du système étudié vers le fil ;

– le point d’application : point d’attache entre le fil et le système ;

– la valeur : T

 

 

 

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