Exemples d’actions mécaniques
أمثلة لتأثيرات ميكانيكية
Exemples d’actions mécaniques
أمثلة لتأثيرات ميكانيكية
I.
Rappel : Notion d’action mécanique
Lorsqu’un corps agit sur un autre corps on parle d’une action mécanique
Exemple :
La gravitation universelle est le résultat d’une action mécanique entre deux corps ayant
des certaines masses
Une action mécanique exercée sur un objet peut le mettre en mouvement,
modifier sa trajectoire ou sa vitesse, et aussi peut le déformer
Nous associons à chaque action mécanique une force dont les caractéristique sont :
le point d’application, la droite d’action, le sens, et l’intensité
II.
Classification des forces
1.
Forces de contact et forces à distance
a.
Activité 1
Classer les forces associées aux actions mécaniques suivantes :
| Force de contact ou à distance | Force répartie ou localisée | |
| Action de la table sur le livre | de contact | répartie |
| Action de l’air sur le voilier | de contact | répartie |
| Action du clou sur la table | de contact | localisée |
| Action d’aimant sur le fer | à distance | répartie |
| Action de la Terre sur les objets | à distance | répartie |
Classification des forces
Action mécanique
b.
Conclusion
Les forces sont classées en :
✓
Forces à distance : Ce sont des forces appliquées par un acteur à un receveur
qui n’ont aucun contact entre eux Elles sont toujours réparties
✓
Forces de contact : Ce sont des forces appliquées entre des objets en contact, ce
contact peut être réparti c-à-d se fait en plusieurs points, on dit alors que
la force est une force de contact répartie, ou peut être localisé c-à-d
se fait en un seul point, on dit alors que la force est une force de contact localisée
Exemple de force de contact : La réaction R
La réaction R 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.
Cours de physique
R
Contact sans frottement
Contact avec frottement
R
R
α
sens du mouvement
R
φ
sens du mouvement
R
RN
f
φ
La réaction R est perpendiculaire
au plan de contact
La réaction R est inclinée dans le sens contraire
du mouvement.
Dans ce cas, on peut décomposer la force R en
deux composantes :
– RN : composante normale
– f : composante tangentielle, appelée encore
force de frottement
tel que : R = RN + f
On appelle coefficient de frottement :
k = tan φ = f / RN
tel que : φ angle de frottement
2.
Forces intérieures et forces extérieures
a.
Activité 2
On considère un homme trainant un corps (S) sur un plan horizontal par un fil
de masse négligeable
1.
Faire l’inventaire des forces appliquées sur (S)
– Le poids P de (S) : force à distance, répartie
– La réaction R du plan : de contact, répartie
– La tension T du fil sur (S) : force de contact, localisée
شخص
خيط
سطح
S
Cours de physique
2.
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.
Forces appliquées sur le système : le poids P de (S), la réaction R du plan,
la force F exercée par l’homme sur le fil (le poids du fil est négligeable).
Forces extérieures : P , R , F
Forces intérieures : Tfil/S et TS/fil (actions mutuelles fil – corps)
b.
Conclusion
✓
On appelle force extérieure toute force exercée sur le système
par un objet n’appartenant pas à ce système
✓
On appelle force intérieure toute force exercée par une partie du système
sur une autre partie de ce système
Exercice d’application 1
On fixe l’extrémité d’un ressort à l’aide d’un support, et on suspend à l’autre extrémité un
corps solide (S) comme l’indique le schéma ci-contre.
1.
Faire l’inventaire des forces appliquées sur le corps (S), et classer ces forces en
forces de contact ou à distance, réparties ou localisées.
– Le poids P de (S) : force à distance, répartie
– La tension T du ressort sur (S) : de contact, localisée
2.
On considère le système {ressort , corps (S)}. Faire l’inventaire des forces appliquées sur ce système, et
classer toutes les forces précédentes en forces intérieures et extérieures.
Forces appliquées sur le système : le poids P de (S), le poids du ressort et la force F du support
sur le ressort.
Forces extérieures : P , poids du ressort , F (support)
Forces intérieures : Tressort/S et TS/ressort (actions mutuelles ressort – corps)
III.
Force pressante – Notion de pression
1.
Mise en évidence de la force pressante
Doc 1 : On considère une bouteille
avec une ouverture latérale fermée
par une membrane en caoutchouc.
On remplie la bouteille par l’eau, et
on constate que la membrane se déforme.
Doc 2 : 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.
Cours de physique
1.
En observant le Doc 1, expliquer pourquoi la membrane se déforme lorsqu’on ajoute l’eau.
L’eau exerce une force pressante de contact sur la membrane en caoutchouc,
ce qui la déforme.
2.
En observant le Doc 2, donner les caractéristiques de la force appliquée par l’eau sur la paroi de la
bouteille.
Point d’application : le centre de la surface de contact (paroi)
Direction : perpendiculaire à la paroi
Sens : de l’eau vers la paroi
Intensité : F = p · S
2.
Définition de la force pressante – la pression
La force pressante F est la force de contact appliquée par un fluide sur la paroi d’un objet
Cette force est caractérisée par :
➢ Son point d’action :
centre de la surface de contact
➢ sa ligne d’action :
perpendiculaire à la surface
➢ Son sens :
du fluide vers la paroi
➢ Son intensité :
F = p · S
Fluide
p :
pression du fluide en pascal (Pa), tel que : p = F / S
S :
surface de contact en m²
Remarque :
Il existe autres unités utilisées pour mesurer la pression, tel que :
–
Le bar : 1 bar = 105 Pa
–
L’atmosphère : 1 atm = 101325 Pa
–
Le millimètre de mercure : 1 mmHg = 133,32 Pa
La pression de l’air qui nous entoure s’appelle pression atmosphérique, pour la
mesurer on utilise un appareil qui s’appelle baromètre La valeur de la pression
atmosphérique au sol est : patm = 101325 Pa
Exercice d’application 2
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
1.
Calculer la surface du panneau vitré en cm² puis en m².
S = 20 cm × 30 cm = 600 cm²
S = 600 × 10−4 m² = 6 × 10−2 m²
Cours de physique
2.
Déterminer les caractéristiques de la force pressante exercée par l’air sur ce panneau, et représenter-la.
Point d’application : le centre du panneau vitré
Direction : perpendiculaire à la surface du panneau vitré
Sens : de l’air vers le panneau
Intensité : F = patm × S = 101325 × 6 × 10−2
F ≈ 6079,5 N ≈ 6,08 × 103 N
Représentation : avec l’échelle 1 cm → 2000 N,
le vecteur F mesure 6079,5 / 2000 ≈ 3 cm,
perpendiculaire au panneau, appliqué en son centre.
3.
Pourquoi le panneau vitré ne se casse pas sous la force pressante qu’il subit ?
Car l’air exerce sur chacune des deux faces du panneau (intérieure et extérieure)
des forces pressantes de même intensité et de sens opposés : ces forces se
compensent, donc le panneau reste en équilibre et ne se casse pas.
Cours de physique
Cours de physique
Ce gaz se trouve à la pression atmosphérique patm = 101325 Pa
Définir la pression atmosphérique.
Déterminer les caractéristiques de la force pressante exercée par le
gaz dioxygène O2 sur le piston.
Représenter cette force en utilisant une échelle appropriée.
Piston
Cylindre
O2
xercice 7 :
Un cric hydraulique destiné à soulever une voiture est schématisé ci-dessous. Les sections du petit piston et
du grand piston sont respectivement de S1 = 1 cm2 et S2 = 20 cm2.
On suppose que le petit piston exerce une force pressante sur le liquide hydraulique d’intensité :
F1 = 500 N, calculer la pression p exercée par ce piston sur le liquide ( exprimer résultat en pascal et en
bar).
On considère que la pression exercée par le grand piston sur le liquide est égale à la pression p. Calculer
l’intensité F2 de la force pressante exercée par le liquide sur le grand piston.
Sachant que le système est en équilibre, calculer la masse de la voiture qui a été soulevée par le grand
piston.