Principes fondamentaux de la dynamique et vecteurs

Définition de la force

Une force est une action qu'un corps exerce sur un autre ; elle nécessite deux corps. C'est un vecteur mesuré en newtons. Les forces peuvent produire :

• Un changement dans l'état d'un objet (mouvement ou repos).
• Une déformation physique sur celui-ci.

Forces à distance

Deux corps interagissent sans contact physique (ex. : aimants, gravité).

Forces de contact

Elles sont dues à un contact physique entre deux ou plusieurs corps :

• Poids : Force exercée par la Terre sur les corps proches, toujours dirigée vers le sol (P = mg).
• Normale : Force exercée par une surface sur un corps qui y est appuyé.
• Friction : Force parallèle à la surface qui s'oppose au mouvement entre deux corps en contact (Fr = μN).
• Tension : Force exercée par l'intermédiaire de fils ou de cordes.

Les lois de Newton

1) Principe d'inertie

En l'absence de forces, un corps au repos reste au repos, et un corps en mouvement continue de se déplacer en ligne droite à vitesse constante. L'inertie est la tendance naturelle des corps à rester au repos ou en MRU ; plus la masse est grande, plus l'inertie est importante.

Exemple : Un passager dans un véhicule roulant à 60 km/h. Lors d'un virage, le passager a tendance à continuer en ligne droite, ce qui le déporte latéralement par rapport au siège.

2) Principe fondamental de la dynamique

L'accélération d'un corps est directement proportionnelle à la résultante des forces agissant sur lui, avec la même direction et le même sens. Si plusieurs forces (F1, F2, F3...) agissent, on peut les remplacer par une force résultante unique (F = ma).

Exemple : Deux personnes, A et B, poussent une table. Si A est plus fort que B, la table se déplacera selon la résultante des deux forces, s'orientant davantage vers la direction imposée par A.

3) Principe d'action-réaction

Lorsqu'un corps A exerce une force sur un corps B, ce dernier exerce sur A une force de même intensité, même direction, mais de sens opposé. Ces forces s'appliquent sur des corps différents.

Exemple : Un homme poussant une table exerce une force F1, tandis que la table exerce une force de réaction F2 sur l'homme.

Vecteurs

Il faut distinguer les grandeurs scalaires des grandeurs vectorielles. Un vecteur est une quantité orientée possédant une intensité et une direction. La vitesse, la force et le déplacement sont des vecteurs, tandis que le temps, la température et l'énergie sont des scalaires.

Éléments d'un vecteur

1. Module ou intensité : Valeur de la grandeur physique, représentée par la longueur du vecteur.
2. Direction : Droite contenant le vecteur, définie par l'angle avec une ligne de référence.
3. Sens : Orientation du vecteur, indiquée par la flèche.
4. Point d'application : Point sur lequel le vecteur agit.

Exemple : Représenter le vecteur F dont la direction est de 30° et le module de 10 kg-f.