Leçon N°2 :
Exemples d’actions mécaniques
Situation problème
La notion de force (action mécanique) est indispensable pour étudier l’équilibre des systèmes matériels ou déterminer la nature et les caractéristiques de leurs mouvements.
I.Rappel : Notion d’action mécanique
Exemple : La gravitation universelle est le résultat d’une action mécanique entre deux corps ayant certaines masses.
II.Classification des forces
1. Forces de contact et forces à distance
a. Activité 1
Classer les forces associées aux actions mécaniques suivantes :
| Action mécanique \ Classification des forces | Force de contact ou à distance | Force répartie ou localisée |
|---|---|---|
| Action de la table sur le livre | ||
| Action de l’air sur le voilier | ||
| Action du clou sur la table | ||
| Action de l’aimant sur le fer | ||
| Action de la Terre sur les objets |
b. Conclusion
Les forces sont classées en :
Exemple de force de contact : La réaction R⃗
La réaction R⃗ est la force résultante de toutes les actions mécaniques réparties exercées par le plan de contact en chaque point de la surface de l’objet.
| Contact sans frottement | Contact avec frottement |
|---|---|
| La réaction R⃗ est perpendiculaire au plan de contact. | La réaction R⃗ est inclinée dans le sens contraire du mouvement. Dans ce cas, on peut décomposer la force R⃗ en deux composantes : – R⃗N : composante normale – R⃗T = f⃗ : composante tangentielle, appelée encore force de frottement tel que : R⃗ = R⃗N + f⃗ On appelle coefficient de frottement : k = tan φ = fRN tel que φ : angle de frottement |
2. Forces intérieures et forces extérieures
a. Activité 2
On considère un homme traînant un corps (S) sur un plan horizontal par un fil de masse négligeable.
- Faire l’inventaire des forces appliquées sur (S).
- On considère le système {fil, corps (S)}. Faire l’inventaire des forces appliquées sur ce système, et classer toutes les forces précédentes dans un tableau en forces intérieures et extérieures.
b. Conclusion
On fixe l’extrémité d’un ressort à l’aide d’un support, et on suspend à l’autre extrémité un corps solide (S).
- Faire l’inventaire des forces appliquées sur le corps (S), et classer ces forces en forces de contact ou à distance, réparties ou localisées.
- On considère le système {ressort, corps (S)}. Faire l’inventaire des forces appliquées sur ce système, et classer toutes les forces précédentes dans un tableau en forces intérieures et extérieures.
III.Force pressante – Notion de pression
1. Mise en évidence de la force pressante
On utilise une bouteille en plastique remplie d’eau, on perce un trou sur sa paroi. On constate que le jet d’eau est perpendiculaire aux parois.
C/C : L’eau exerce des forces pressantes de contact sur les parois de la bouteille.
2. Définition de la force pressante – la pression
La force pressante F⃗ est la force de contact appliquée par un fluide sur la paroi d’un objet. Cette force est caractérisée par :
➢ sa direction : perpendiculaire à la surface
➢ son sens : du fluide vers la paroi
➢ son intensité : F = p·S
p : est la pression du fluide en pascal (Pa), tel que : p = FS
S : est la surface de contact en m²
Remarque :
Une fenêtre d’une maison comporte un panneau vitré vertical de dimension 20 cm × 30 cm qui est en contact avec l’air atmosphérique à la pression atmosphérique patm = 101325 Pa
- Calculer la surface du panneau vitré en cm² puis en m².
- Déterminer les caractéristiques de la force pressante exercée par l’air sur ce panneau, et la représenter.
- Pourquoi le panneau vitré ne se casse-t-il pas sous la force pressante qu’il subit ?