Les forces macroscopiques (niveau Première)

Résumé du document

I. Interactions et forces

A) Notion de force

Deux objets sont en interaction s'ils agissent l'un sur l'autre.
Au niveau macroscopique, les deux types d'interaction sont l'interaction gravitationnelle et l'interaction électromagnétique.
A notre échelle, les trois propositions suivantes sont équivalentes :
- deux objets A et B sont en interaction ;
- l'objet A exerce une force sur l'objet B ;
- l'objet B exerce une force sur l'objet A.

D'une façon plus générale, une force est une action exercée par un système sur un autre système.
Des forces qui s'exercent sur un objet peuvent le déformer de façon réversible (si l'objet est élastique) ou irréversible, le casser si les forces exercées parviennent à rompre sa cohésion, le maintenir en équilibre ou faire varier son mouvement, c'est-à-dire modifier les vecteurs vitesse des points du solide.

Une force F est une grandeur vectorielle définie par sa direction, son sens, son point d'application, sa valeur exprimée en newton (N).

On appelle droite d'action (ou droite support) d'une force la droite ayant la direction de la force et passant par un point d'application.
La résultante de plusieurs forces appliquées au même point est la force égale à la somme vectorielle des forces appliquées.

B) Les principales catégories de forces

Une force localisée s'exerce localement en un « point » du solide.
Une force répartie s'exerce sur tout ou partie de la surface ou dans tout ou partie du volume du solide.
On considère alors la résultante des forces élémentaires s'exerçant sur chaque partie du solide, et on l'applique en un point.
Les forces à distance peuvent s'exercer entre des systèmes éloignés les uns des autres.
En revanche, les forces de contact s'exercent uniquement entre des systèmes qui sont en contact.

I. Étude de quelques forces importantes

A) Poids d'un solide

Le poids d'un solide (également appelé force de pesanteur) est la force d'attraction qu'exerce la Terre sur le solide.
C'est une force répartie dans tout le volume et sa valeur est mesurée dans le référentiel terrestre lorsque le solide y est immobile (...)

Extraits

[...] Sa localisation précise ne peut être donnée que dans certains cas (lorsqu'un solide est en équilibre sur son support, par exemple). En l'absence de frottement, a une direction perpendiculaire à la surface de contact. Mais si le contact se fait avec des frottements, la résultante n'est pas perpendiculaire à la surface de contact. Elle peut être composée suivant : une composante normale de direction perpendiculaire à la surface de contact une composante tangentielle contenue dans la surface de contact (parfois appelée force de frottement). [...]

[...] Les forces à distance peuvent s'exercer entre des systèmes éloignés les uns des autres. En revanche, les forces de contact s'exercent uniquement entre des systèmes qui sont en contact. Étude de quelques forces importantes Poids d'un solide Le poids d'un solide (également appelé force de pesanteur) est la force d'attraction qu'exerce la Terre sur le solide. C'est une force répartie dans tout le volume et sa valeur est mesurée dans le référentiel terrestre lorsque le solide y est immobile. La résultante du poids, notée , est définie par : sa direction : la verticale du lieu, son sens : elle est orientée vers le centre de la Terre, son point d'application : le centre d'inertie du solide, sa valeur : P exprimée en newton La masse d'un solide (nommé est une grandeur toujours positive, liée aux quantités de matière constituant le solide. [...]

[...] Un solide S homogène de masse volumique ρsolide est entièrement immergé dans un fluide de masse volumique ρfluide. Comparer la valeur P de son poids à la valeur П de la poussée d'Archimède s'exerçant sur lui revient à comparer les deux masses volumiques. On constate que si la masse volumique du fluide est très inférieure à celle du solide, alors la valeur de la poussée d'Archimède est très inférieure à la valeur du poids. C'est le cas lorsque le fluide est un gaz, mais pas lorsque c'est un liquide. [...]

[...] Bilan des forces s'exerçant sur un système Afin de n'oublier aucune force, il faut adopter la méthode suivante : 1ère étape : identifier le système S étudié. 2e étape : faire l'inventaire des objets avec lesquels S est en interaction. 3e étape : associer à chaque interaction la force qui s'exerce sur donner ses caractéristiques et la représenter après avoir choisi une échelle commune pour les différentes forces. Exemple : Une bille de fer attachée par un fil à un support est immergée dans l'eau. Un barreau aimanté placé à proximité attire la bille. 1ère étape : le système S est la bille. [...]

[...] Si l'axe (Δ) passe par le centre d'inertie toutes les positions du solide sont des positions d'équilibre : on parle alors indifférent. L'étude de l'équilibre permet de déterminer les caractéristiques de : étant opposée à , la force a pour direction la verticale, est orientée vers le haut et de même valeur que ; la droite d'action de , qui est également celle de , passe par G ; le point d'application de est donc à l'intersection de l'axe (Δ) et de la verticale passant par G. [...]