Interactions entre Objet : La Force - 2nd L

Classe: 
Seconde
 

I. Interaction entre objets

Une interaction implique que deux objets exercent une action l'un sur l'autre. 
 
Il existe deux formes d'interactions ou d'actions mécaniques : l'interaction de contact et l'interaction à distance

1. Interaction de contact

Une action est dite de contact si le point d'application se situe au point de contact entre les deux les objets

2. Interaction à distance

Elle correspond à une force qui s'exerce entre deux objets séparés par une distance

II. La force

1. Observations

Au cours d'un match de football entre deux équipes $A$ et $B$, un joueur de l'équipe de $A$ tire un coup franc
 
Le gardien de but de l'équipe $B$ peut, soit arrêter la balle, soit la dévier. 
 
Le joueur met ainsi en mouvement et le gardien de but modifie ce mouvement. 
 
Tous les deux ont exercé une action mécanique sur la balle
 
Un objet accroché à un ressort le déforme.
 
Le ressort, quant à lui, maintient l'objet au repos
 
Le ressort exercice une action mécanique sur l'objet. 
 
Il en va de même de l'objet sur le ressort

Remarque

La déformation peut ne pas être visible. 
 
C'est le cas, par exemple, d'un livre posé sur la table
 
Nous attribuerons tous les effets observés lors des situations précédentes, effets dynamiques et effets statiques à la même cause.
 
Cette cause commune est appelée force.

2. Définition 

Une force est toute cause capable :
 
$-\ $de mettre un corps en mouvement ou de modifier le mouvement d'un corps (effets dynamiques)
 
$-\ $de déformer un corps ou de le maintenir au repos (effets statiques)

3. Caractéristiques et représentation

3.1. Les caractéristiques d'une force

Les caractéristiques de cette force sont :
 
$-\ $Le point d'application :
 
C'est le point sur lequel la force exercice
 
$-\ $La direction
 
C'est la droite suivant laquelle la force agit
 
$-\ $Le sens
 
Le sens d'une force est le sens de déplacement que cette force tend à produire
 
$-\ $La valeur ou l'intensité
 
C'est la grandeur de la force
 
L'intensité ou la norme est d'autant plus grande que ses effets sur le déplacement ou la déformation d'un corps sont plus importants
 
Dans le Système International, l'unité de la force est le newton (symbole : $N)$
 
L'intensité de la force se mesure à l'aide d'un appareil appelé dynamomètre.
 
Il existe deux de dynamomètres : un dynamomètre simple et un dynamomètre circulaire.
 
 

3.2. Représentation d'une force

Les caractéristiques d'une force sont celles d'un vecteur : la force est une grandeur vectorielle
 

4. Exemples de forces

4.1. Forces de contact et forces à distance

4.1.1. Forces de contact

Elles se manifestent lorsqu'un corps est contact avec un autre corps

4.1.1. Les tensions

 
C'est la force exercée par ce fil sur un solide accroché à l'une de ses extrémités.
 
$\blacktriangleright\ $Point d'application : point d'attache
 
$\blacktriangleright\ $Direction : celle du fil tendu.
 
$\blacktriangleright\ $Sens : du point d'attache vers le fil
 
$\blacktriangleright\ $Intensité : égale à celle de la force exercée par l'objet accroché sur le fil
 
 
C'est la force exercée par ce ressort sur un solide accroché à l'une de ses extrémités.
 
$\blacktriangleright\ $Point d'application : point d'attache
 
$\blacktriangleright\ $Direction : celle du ressort tendu.
 
$\blacktriangleright\ $Sens : du point d'attache vers le ressort
 
$\blacktriangleright\ $Intensité : égale à celle de la force exercée par l'objet accroché sur le ressort
 
$T=k\left|1_{0}-1\right|$ Avec $k$ : constante de raideur du ressort en newtons $(N)\ ;\ 1$ : allongement du ressort et $1_{0}$ longueur à vide du ressort en mètres $(m)$

4.1.2. Les réactions

Dans le cas d'un objet posé sur un support, le support exerce une force sur l'objet (la réaction du support)
 
 
 
 

4.1.2. Forces de contact

On appelle forces à distances des forces qui exercent entre objets séparés par une distance.

Exemples : 

Les forces de gravitation, les forces magnétiques, les forces électriques
 
 
 

4.2. Forces localisées et forces réparties

4.2.1. Forces localisées

Une force est localisée sur un corps qu'on connait la position exacte à partir de laquelle elle exerce

Exemples : 

Les tensions, la réaction d'un crochet

4.2.2. Forces réparties

Une force est dite répartie si elle n'agit pas en un point, mais sur une surface

Exemples : 

L'action du vent sur la voile d'un bateau ; ou celle de la Terre sur un corps (elle s'exerce sur toutes les parties du corps)

Remarque :

Il est souvent possible de remplacer une force répartie par une force localisée ayant le même effet

III. Le principe des interactions

1. Observations

 
Le livre exerce une force $\overrightarrow{F}_{L/T}$ sur la table appelée action.
 
La table réagit en exerçant une force $\overrightarrow{F}_{T/L}$ sur le livre appelée réaction.

2. Énoncé du principe

Lorsqu'un solide $S_{1}$ est en interaction avec un solide $S_{2}$, la force $\overrightarrow{F}_{1}$ exercée par le solide $S_{1}$ sur le solide $S_{2}$ (action) est égale à l'opposé de la force $\overrightarrow{F}_{2}$ exercée par le solide $S_{2}$ sur le solide $S_{1}$ (réaction)
 
Les deux forces $\overrightarrow{F}_{1}$ et $\overrightarrow{F}_{2}$ ont la même droite d'action.
$$\boxed{\overrightarrow{F}_{1}=-\overrightarrow{F}_{2}}\quad\text{ou }\quad\boxed{\overrightarrow{F}_{1}+\overrightarrow{F}_{2}=0}$$
 

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