Travail d'une force (niveau Première)

Résumé du document

I) Notion de travail d'une force

A) Condition pour qu'une force travaille

Un wagonnet dont les freins sont desserrés est posé sur deux rails horizontaux et parallèles.

Expériences

Expérience 1 :
Poussons le wagonnet avec une force F1 parallèle aux rails.
Cette force est manifestement efficace pour mettre le wagonnet en mouvement : elle travaille.
Son travail est d'autant plus important que la valeur de F1 ou que le déplacement sont grands.

Expérience 2 :
Exerçons sur le wagonnet une force F2 orthogonale aux rails.
Cette force ne peut pas mettre le wagonnet en mouvement ou modifier son mouvement : elle ne travaille pas.

Expérience 3 :
Serrons les freins du wagonnet, celui-ci étant immobile, et poussons le wagonnet avec une force F3 parallèle aux rails.
Le wagonnet reste immobile : la force ne travaille pas.

Conclusion

Les résultats obtenus avec ces expériences peuvent être généralisés.
Une force, dont le point d'application se déplace perpendiculairement à la direction de la force, ne travaille pas.
Une force, dont le point d'application est immobile, ne travaille pas.

B) Travail moteur et travail résistant

Expérience

Reprenons l'expérience 1.
La force F1 travaille et favorise le déplacement du wagonnet : son travail est dit moteur.
Le wagonnet est maintenant en mouvement et nous pouvons l'arrêter en exerçant sur lui une force F'1 de sens opposé à son mouvement.
Cette force F'1 travaille mais son travail est dit résistant.

Conclusion

Lorsqu'une force travaille, ce travail peut être moteur ou résistant.

C) Effets du travail d'une force

Déplaçons un livre sur une table horizontale en le poussant. La force exercée par la main sur le livre travaille : elle provoque la mise en mouvement du livre.
D'une façon plus générale, cette force exercée par la main peut modifier le mouvement du centre d'inertie ou d'un autre point du livre quand elle travaille.
Pour porter son cartable jusqu'à la salle de cours située au second étage, un élève exerce sur la poignée de son cartable une force qui travaille (...)

Extraits

[...] Expérience 2 : Exerçons sur le wagonnet une forceorthogonale aux rails. Cette force ne peut pas mettre le wagonnet en mouvement ou modifier son mouvement : elle ne travaille pas. Expérience 3 : Serrons les freins du wagonnet, celui-ci étant immobile, et poussons le wagonnet avec une forceparallèle aux rails. Le wagonnet reste immobile : la force ne travaille pas. Conclusion Les résultats obtenus avec ces expériences peuvent être généralisés. Une force, dont le point d'application se déplace perpendiculairement à la direction de la force, ne travaille pas. [...]

[...] Les travaux de ces forces ont un effet de déformation. Lors d'un mouvement rapide de pales dans un liquide, les forces qu'exercent les pales sur le liquide travaillent et ce travail a pour effet de modifier la température du liquide. Travail d'une force constante localisée Une force constante est une force dont le seul point d'application peut varier au cours du temps. La direction, le sens et la valeur de la force restent constants. Cas d'un déplacement rectiligne du point d'application Soit un solide soumis à une force constante localisée. [...]

[...] Effets du travail d'une force Déplaçons un livre sur une table horizontale en le poussant. La force exercée par la main sur le livre travaille : elle provoque la mise en mouvement du livre. D'une façon plus générale, cette force exercée par la main peut modifier le mouvement du centre d'inertie ou d'un autre point du livre quand elle travaille. Pour porter son cartable jusqu'à la salle de cours située au second étage, un élève exerce sur la poignée de son cartable une force qui travaille. [...]