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TS : LES FORCES

dimanche 4 décembre 2016, par Oscillo&Becher


LES FORCES

Lorsqu'un système A exerce sur un système B une action mécanique, on dit : "A exerce une force sur B"

On peut appeler "force" toute cause capable de modifier le mouvement d'un corps ou de le déformer.

Caractéristiques et représentation d'une force $\vec{F}$

Ex : Force $\vec{F}$ exercée par la corde sur le système "Voiture" :

De façon générale, une force $\vec{F}$ possède les caractéristiques suivantes :

  • Origine . point du système où s'exerce la force.
  • Direction : celle de l'action mécanique exercée (Ici, la direction de la corde)
  • Sens : celui de l'action mécanique exercée.(Ici de la voiture vers la jeune femme)
  • Valeur de la force en Newton N.

On la représente à partir du point d'application de la force après avoir choisi une échelle. On la mesure en N à l'aide d'un dynamomètre.

Composition et décomposition des forces :

Les forces appliquées à un système sont des grandeurs vectorielles que l'on sait additionner.

Le vecteur "somme des forces" $\Sigma \vec{f}$ est appelé résultante des forces appliquées au système.

Lois de Newton :

Dans l'énoncé de la deuxième loi de Newton, on a $\Sigma \vec{f}$ = $\dfrac{\vec{dp}}{dt}$ avec quantité de mouvement $\vec{p} = m.\vec{v}$

Si la masse m du système est constante durant l'étude : $\Sigma \vec{f}$ = $m.\dfrac{\vec{dv}}{dt}$ = $m.\vec{a}$

Une "force" est donc bien capable de modifier le mouvement d'un corps.

NB : Les deux premières lois de Newton ne sont vraies que dans des référentiels dits galiléens.

Un référentiel en mouvement de translation rectiligne uniforme, par rapport a un référentiel galiléen, est galiléen. La Terre tournant sur elle-même, le référentiel terrestre n'est donc pas galiléen. Toutefois, si la durée du mouvement étudié est négligeable par rapport à la période de rotation de la Terre sur elle même, on pourra "assimiler" le référentiel terrestre à un référentiel galiléen.

http://rene.souty.free.fr/spip.php?article194

Exemples de forces :

La tension $\vec{F}$ d'un fil, d'un câble :

Lorsque, dans l'exemple précédent, la corde exerce sur la voiture une force $\vec{F}$ appelée tension de la corde. La direction de cette force est confondue avec la corde et son sens va de la voiture à la corde. La corde exerce aussi une force de tension $\vec{F'}$ sur la jeune femme. Si le poids de la corde est négligeable, les deux forces $\vec{F}$ et $\vec{F'}$ sont directement opposées.

La tension de la corde est une force de contact appliquée au point d'accroche de la corde.

La force de pesanteur (Le poids) $\vec{P}$

Dans le référentiel terrestre, au voisinage de la Terre, le poids $\vec{P}$ d'un corps modélise l'action exercée à distance par la Terre sur le corps.

Le poids d'un corps est proportionnel à sa masse, $\vec{P}$ = m.$\vec{g}$

  • Point d'application : centre de gravité G du corps (tout se passe comme si TOUT le poids s'exerçait en G)
  • Direction : verticale
  • Sens : du haut vers le bas
  • Valeur : mg (avec m en kg, et g en $N.kg^{-1}$).

g, appelée intensité de pesanteur, et variant avec le lieu, est voisine de 9,8 $N.kg^{-1}$ à la surface de la Terre.

Le champ de pesanteur  peut être considéré comme uniforme (mêmes valeur g, direction, sens), dans une région de petite taille (cube de l'ordre de 1 km de côté).

http://rene.souty.free.fr/spip.php?article81

La poussée d'Archimède $\vec{P_{a}}$ ou $\vec{\Pi}$ :

Tout corps plongé dans un fluide (cad liquide ou gaz) au repos, subit de la part de celui-ci une poussée $\vec{P_{a}}$ ou $\vec{\Pi}$ opposée au poids du liquide déplacé.

Un solide S de volume V totalement immergé dans un fluide homogène de masse volumique $\mu$ est soumis à des actions mécaniques de la part de ce fluide. Ces actions sont modélisées par la force $\vec{P_{a}}$ ou $\vec{\Pi}$

  • Point d'application : centre de gravité du fluide déplacé appelé centre de poussée.
  • Direction : verticale
  • Sens : de bas en haut
  • Valeur : égale à la valeur du poids $\mu\times V \times g$ du fluide déplacé (avec masse volumique $\mu$ (ou $\rho$) en $kg.m^{-3}$, V en $m^{3}$, et g en $N.kg^{-1}$)

La réaction $\vec{R}$ d'un support plan :

Considérons un solide parallélépipédique immobile sur un support plan et incliné par rapport à l'horizontale. Le support exerce sur le solide des actions mécaniques qui peuvent être modélisées par une force unique $\vec{R}$ appelée réaction du support et appliquée en un point I de la surface de contact entre le solide et le support.

Cette force a deux composantes :

  • L'une $\vec{R_{\textbf{N}}}$ a pour direction la perpendiculaire en I au support, c'est la réaction normale qui empêche le solide de pénétrer dans le support.
  • L'autre $\vec{R_{T}}$ appartient au plan de support, c'est la réaction tangentielle encore appelée force de frottement (due au support).

Si le support est parfaitement "lisse" : $\vec{R} = \vec{R_{N}}$.

Les forces de frottement $\vec{f}$ :

Les forces de frottement dûs à un fluide comme l'air sont de sens opposé au mouvement et d'intensité ... augmentant avec la valeur de la vitesse du système.

Quand, donc, la vitesse du mobile n'est pas trop grande, le fluide pas trop visqueux, et le système "bien profilé", on peut parfois négliger, en première approximation, $\vec{f}$ ... devant les effets des autres forces.

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