Les forces

I. Généralités et définition

· Une force est exercée par un corps sur un autre.

· On ne voit pas une force, on observe ses effets

I.1. Les effets des forces

I.1.1. Déformer


De manière temporaire (déformation élastique)	De manière définitive (déformation inélastique)

I.1.3. Changement de mouvement

Changer la direction ou le sens
Changer la vitesse

I.2. Caractéristiques d’une force

I.2.1. Une force possède une direction

La bille d'acier est attirée par l'aimant. La bille se met en mouvement et se rapproche de l'aimant. Ceci est donc une force qui modifie l'état de repos de la bille.
La force possède une direction : dans ce cas, la bille se déplace horizontalement vers l'aimant.

I.2.2. Une force possède un sens

fig.1
La force a un sens :
fig.1 : les aimants sont présentés avec le même pôle de chaque côtés, les aimants se repoussent.
fig.2 : Si l'on inverse le sens d'un des aimants, les aimants s'attirent. La force a donc un sens.
fig.2

I.2.3. Une force possède une intensité

fig. 3
fig. 4
fig.3 : Une masse est suspendue à un ressort : ce qui déforme le ressort de 2 centimètres vers le bas.
fig.4 : Deux masses identiques sont suspendues à un ressort : ce qui déforme le ressort de 4 centimètres vers le bas.
Une force possède donc une intensité

I.2.4. Synthèse des caractéristiques des forces

Une force possède

une direction

un sens

une intensité

I.3. Définition des forces :

Une force est toute cause capable de déformer un corps ou de modifier son état de repos ou de mouvement. Une force se caractérise par une direction, un sens et une intensité.

Déformer ...

temporairement (élastique)

définitivement (boule de plasticine modelée)

Modifier l'état de repos ou de mouvement ...

mettre en mouvement

accélérer

freiner

changer de direction

changer de sens

I.3.1. Différents types de forces :

Toutes les forces illustrées dans cette animation sont des forces qui agissent à distance.

Nous pouvons mettre en évidence deux types de forces :

Les forces de contacts, qui agissent au contact de l'objet.

exemple : traction sur une corde, collision entre des boules de billards, ...

Les forces à distance, qui agissent à distance de l'objet, séparée par l'air, l'eau, le vide, ...

Exemple : répulsion ou attraction de deux aimants, force électrique, ...

II. Mesurer l'intensité d'une force : dynamomètre et Newton

II.1. Un nouvel instrument de mesure : Le dynamomètre.

L'appareil qui permet de mesurer l'intensité d'une force est le Dynamomètre , il utilise la déformation d'un ressort pour mesurer l'intensité de la force. Il est gradué en Newton (N) qui est l'unité de force.

II.1.1. Déscription d'un dynamomètre

Le dynamomètre est l'instrument de mesure des forces. Il est composé d'un ressort prolongé d'une tige terminée par un crochet. A la jonction du ressort et de la tige métallique se trouve un curseur coloré. Le dispositif est enfermé dans un boitier en plastique. Une échelle graduée en "N" est gravée sur la parois. Lorsque le crochet est libre, le curseur indique 0 N, si je tire sur le crochet, le curseur se déplace et indique la valeur de la force exercée sur le crochet.

II.2. Une nouvelle unité : Le newton.

Le dynamomètre est gradué en newton, dont le symbole est N. Le newton est l'unité de mesure de l'intensité d'une force.

II.3. Utilisation du dynamomètre pour comparer la force exercée par une masse dans l'air et dans l'eau

Cette applet Java simule une expérience simple : Un corps solide suspendu à un dynamomètre est plongé dans un liquide (en le déplaçant avec la souris!).
Vous pouvez modifier la masse au bout du dynamomètre en modifiant le paramètre "densité du corps" (1). Vous pouvez également changer de dynamomètre (3). Il existe des dynamomètres adaptés à la mesure de petites intensités (0,1 à 2 N) et d'autres adaptés à la mesure de grandes intensités (200 à 1000 N). La valeur de l'intensité se lit en (2).
Si il apparaît "Maximum atteint!" (en rouge), vous avez atteint la tension maximale du dynamomètre.

(1)

(2)
(3)

Crédits
URL: http://www.walter-fendt.de/ph14f/buoyforce_f.htm
© Walter Fendt, 19 avril 1998
© Traduction: Yves Weiss, 22 juin 1998
Dernière modification: 4 février 2010

III. Les forces réciproques

Illustration : Les skateboarders

Deux skaters de même masse sont placés face à face et ont la main posée l'une contre l'autre. Le skater M pousse sur la main du skater O, qui lui, n'exerce aucune pression. On observe que les deux skateboards se mettent en mouvement selon la même direction (horizontale) et dans des sens opposés.

Modélisation selon le modèle forces

Il y a au moins 2 actions réciproques formant une interaction.

On appelle souvent l’une : la force d’action parce qu’elle a été voulue et l’autre

La force de réaction parce qu’elle existe automatiquement mais n’a pas nécessairement été voulue.

Il y a toujours réciprocité dans une interaction.

III.1. Interactions et Isaac Newton

Ce principe des actions réciproques constitue la troisième loi de Newton.

« Tout corps A exerçant une force sur un corps B subit une force d'intensité égale, de même direction mais de sens opposé, exercée par le corps B ».

A et B étant deux corps en interaction, la force $\vec{\mathrm{F}}_{\mathrm{A/B}}$ (exercée par A sur B) et la force $\vec{\mathrm{F}}_{\mathrm{B/A}}$ (exercée par B sur A) qui décrivent l'interaction sont directement opposées : $\vec{\mathrm{F}}_{\mathrm{A/B}} = -\vec{\mathrm{F}}_{\mathrm{B/A}}$

Ces forces ont :

la même droite d'action (même direction)
des sens opposés
la même intensité

Une autre difficulté est l'oubli que ces deux forces $\vec{\mathrm{F}}_{\mathrm{A/B}}$ et $\vec{\mathrm{F}}_{\mathrm{B/A}}$ s'exercent sur deux objets différents. Elles ne peuvent donc pas « s'annuler mutuellement ».

IV. Modélisation et notation des forces

IV.1. Les conventions de représentations

IV.2. Symboles et notations

Représentation de forces