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Actions s’exercant sur un systemeLe vecteur force

Les effets des forces

Forces et effets d’une force

M. Vanden Driessche

Annee 2005/2006

M. Vanden Driessche Forces et effets d’une force



Actions s’exercant sur un systemeDefinition d’un systemeDeux types d’actions

Le vecteur forceDefinitionExemples de forces

Les effets des forcesDeformation d’un objetModification de la vitesse du centre d’inertie d’un solideMise en rotation d’un solide autour d’un axe fixe




Definition d’un systemeDeux types d’actions

I- Actions s’exercant sur un systeme





I-1. Definition d’un systeme





Un systeme est une partie delimitee de l’Univers. Le choix dusysteme determine l’inventaire des actions qui s’y exercent. Nousetudierons en particulier :

I les solides indeformables de masse constante ;

I les ressorts, seuls solides deformables consideres cette annee.Leur poids sera neglige devant les autres forces ;





I-2.Deux types d’actions





Lorsque deux systemes A et B sont en interaction, A exerce uneaction sur B, et B exerce une action sur A. Les interactions entreles deux systemes (et donc les actions d’un systeme sur un autre)se classent en deux categories.





I Actions a distanceLes actions a distance d’un objet sur un autre ne necessitentpas que les objets soient en contact.

Exemple : L’interaction gravitationnelle, l’interactioncoulombienne.Les actions s’effectuant a distance agissent sur toutes lesparties du solide : elles sont reparties en volume.

I Actions de contactLes actions de contact ne sont possibles que s’il y a contactentre deux systemes differents. Elles s’exercent alors sur toutela surface separant les deux corps : ce sont des actionsreparties en surface.Exemple : L’action d’un clou sur une planche en bois, desrails sur les roues d’un train ou d’une ficelle sur l’objet qui luiest attache sont des actions de contact solide-solide.





I Actions a distanceLes actions a distance d’un objet sur un autre ne necessitentpas que les objets soient en contact.Exemple : L’interaction gravitationnelle, l’interactioncoulombienne.

Les actions s’effectuant a distance agissent sur toutes lesparties du solide : elles sont reparties en volume.






I Actions a distanceLes actions a distance d’un objet sur un autre ne necessitentpas que les objets soient en contact.Exemple : L’interaction gravitationnelle, l’interactioncoulombienne.Les actions s’effectuant a distance agissent sur toutes lesparties du solide : elles sont reparties en volume.







I Actions de contactLes actions de contact ne sont possibles que s’il y a contactentre deux systemes differents. Elles s’exercent alors sur toutela surface separant les deux corps : ce sont des actionsreparties en surface.

Exemple : L’action d’un clou sur une planche en bois, desrails sur les roues d’un train ou d’une ficelle sur l’objet qui luiest attache sont des actions de contact solide-solide.




DefinitionExemples de forces

II- Le vecteur force





II-1. Definition





Une action d’un systeme sur un autre est modelisee par un vecteur,appele vecteur force.Ses caracteristiques sont les suivantes :

I direction

I sens

I valeur : exprimee en newton (N), elle caracterise l’intensite del’action

I point d’application (pour certaine forces)

Pour les forces de contact, il n’est pas possible de definir a prioriun point d’application, sauf dans le cas particulier d’un contactponctuel, comme pour la force exercee par un fil ou un ressort.Sauf precisions contraires, la force modelisant l’action d’unsysteme A sur un systeme B est notee ~FA/B .





II-2. Exemples de forces





Poids d’un objetLe poids d’un objet modelise une action a distance : c’est la forced’attraction gravitationnelle exercee par la Terre sur tout objetplace dans son voisinage immediat.

I Direction et sens : verticale de haut en bas

I Valeur : P = mg avec g = 9, 8N.kg−1 la valeur moyenne dela pesanteur (elle varie selon le lieu) et m la masse de l’objeten kg.

I Point d’application : le centre de gravite G. Ce point est lecentre des corps a repartition spherique de masse.





Poussee d’Archimede (action de contact)La poussee d’Archimede ~FA est la somme vectorielle des forces depression qu’exerce un fluide sur la surface d’un corps immerge dansce fluide.

Un corps immerge dans un fluide (gaz ou liquide) subit la pousseed’Archimede. Le vecteur force associe est l’oppose du poids dufluide deplace par le corps immerge :

~FA = −~Pfluide deplace

La valeur de la poussee d’Archimede a donc pour expression :

~FA = −ρV~g

ρ masse volumique du fluide en kg .m−3

V volume du corps immerg e dans le fluide en m3

g valeur de la pesanteur en N.kg−1





Poussee d’Archimede (action de contact)La poussee d’Archimede ~FA est la somme vectorielle des forces depression qu’exerce un fluide sur la surface d’un corps immerge dansce fluide.Un corps immerge dans un fluide (gaz ou liquide) subit la pousseed’Archimede. Le vecteur force associe est l’oppose du poids dufluide deplace par le corps immerge :

~FA = −~Pfluide deplace

La valeur de la poussee d’Archimede a donc pour expression :

~FA = −ρV~g

ρ masse volumique du fluide en kg .m−3

V volume du corps immerg e dans le fluide en m3

g valeur de la pesanteur en N.kg−1





Force de contact exercee par un solide sur un autre solideDeux solides A et B sont en contact sur une surface S. La force

~RB/A qu’exerce le solide B sur le solide A peut etre considereecomme la somme vectorielle de deux forces :

~RA/B = ~N + ~T

~N et ~T sont les composantes respectivement normales ettangentielles de ~RB/A. ~T , que l’on nomme egalement ~f , est laforce de frottement solide-solide.




Deformation d’un objetModification de la vitesse du centre d’inertie d’un solideMise en rotation d’un solide autour d’un axe fixe

III- Les effets des forces





III-1. Deformation d’un objet





Sous l’effet de deux forces, un solide peut etre deforme sans qu’iln’acquiere un mouvement.





III-2. Modification de la vitesse du centre d’inertie d’un solide





Cette propriete a deja ete etudiee en classe de 2nde .Si la somme vectorielle des forces qui s’exercent sur un solide n’estpas nulle, alors la vitesse vG du centre d’inertie G du solide dansun referentiel galileen varie en direction, sens et/ou valeur.





III-3. Mise en rotation d’un solide autour d’un axe fixe





Pour mettre un solide en rotation autour d’un axe fixe, unobservateur doit lui appliquer au moins une force dont la droited’action ne coupe pas l’axe de rotation, et n’est pas parallele al’axe.


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