Comprendre les forces : Principes, Lois et Gravité

1. Force

Une force est une cause qui peut déformer ou changer l’état de repos ou de mouvement d’un corps.

Déformation

• Élastiques : Le corps retrouve sa forme quand la force cesse d’agir. Exemple : un ressort.
• Plastiques : Le corps ne retrouve pas sa forme quand la force cesse d’agir. Exemple : argile.

Changements dans la vitesse

• Accélération : Augmentent ou diminuent la vitesse.
• Direction : Modifient la trajectoire (un corps fait une courbe).

Principe d’inertie

Si aucune force extérieure n’agit sur un corps, ou si celles qui agissent sont équilibrées, celui-ci conserve son état de repos ou son mouvement rectiligne uniforme.

2. Le dynamomètre

Le dynamomètre est un instrument qui se compose d’un ressort et sert à mesurer les forces.

Unité de force

Newton (N)

Vecteur force

Dans les forces, nous devons préciser :

• Module : la valeur numérique.
• Direction et sens : là où la force est dirigée (en haut, en bas, à droite ou à gauche).

Le vecteur est représenté par une flèche.

Exemple : Calculer la force résultante et dire si les corps suivants sont en équilibre ou ont une accélération :

• a) Sur un corps agit une force de 3 N vers la gauche et une autre de 5 N vers la droite. R = 5 - 3 = 2 N vers la droite. Le corps a une accélération.
• b) Sur un corps agit une force de 4 N vers la gauche, une autre de 4 N vers la gauche et une autre de 8 N vers la droite. R = 4 + 4 - 8 = 0. Le corps est en équilibre.

3. La force de frottement

C'est une force qui s’oppose au mouvement. Elle nous permet de marcher, car sans frottement, nous ne pourrions pas nous pousser.

4. La loi de Hooke

La déformation subie par un objet élastique est directement proportionnelle à la force appliquée sur celui-ci : F = K · Δx

• F : force appliquée (N)
• K : module d'élasticité (N/m)
• Δx : déformation (m)

Exemple : Calcule la force à appliquer sur un ressort dont la constante élastique est 50 N/m pour l’allonger de 10 cm.

Données : K = 50 N/m, Δx = 10 cm = 0,1 m. F = 50 · 0,1 = 5 N.

5. La force de gravité

La force de gravité est l’attraction entre les objets en raison de leur masse. Elle dépend :

• De la masse des objets : plus grande est la masse, plus grande est la force d’attraction.
• De la distance : plus la distance entre les objets est grande, plus la force d’attraction est faible.

La force gravitationnelle est très faible, donc on ne l’observe que si au moins un des objets a beaucoup de masse, comme une planète.

6. La force gravitationnelle terrestre

La force avec laquelle la Terre attire un objet est la même que la force avec laquelle l’objet attire la Terre. La gravité maintient les planètes en rotation autour du Soleil et est responsable des marées.

Accélération de la gravité

L’accélération de la gravité est due à la force avec laquelle la Terre attire les corps. Elle ne dépend pas de la masse des corps, est constante et vaut 9,8 m/s².

Réflexion : Si la force avec laquelle la Terre attire un objet est la même que celle avec laquelle l’objet attire la Terre, pourquoi les objets tombent-ils sur la Terre ? Parce que les objets ont une masse si petite que l’accélération qu’ils communiquent à la Terre n’est pas appréciable.

7. Poids et masse

• Le poids : est la force avec laquelle la Terre ou une autre planète attire un objet.
• La masse : est la quantité de matière qu'un corps possède.

Unités : poids (N), masse (kg). On mesure le poids avec un dynamomètre et la masse avec une balance. P = m · g