Les actions mécaniques et les forces

Introduction

Dans la vie de tous les jours, on pousse, on tire, on soulcave des objets : toutes ces actions sont des exemples de forces. Ce chapitre presente la notion de force, ses effets sur un objet, et la maniere de la representer.

1. La notion de force

Une force est une action mecanique exercee par un objet (ou une personne) sur un autre objet. Elle peut resulter d'un contact direct (pousser une porte, tirer une corde) ou s'exercer a distance (le poids, du a l'attraction terrestre ; l'action d'un aimant sur un objet en fer).

On distingue :

• Les forces de contact, qui necessitent un contact entre les deux objets en interaction (frottement, force musculaire, force exercee par un support).
• Les forces a distance, qui s'exercent sans contact (poids, forces magnetiques, forces electrostatiques).

2. Les effets d'une force sur un objet

Une force exercee sur un objet peut produire plusieurs types d'effets :

• Un effet sur le mouvement : la force peut mettre en mouvement un objet immobile, l'arreter, ou modifier la direction ou la vitesse de son mouvement.
• Un effet sur la forme de l'objet : la force peut deformer l'objet (etirement d'un ressort, ecrasement d'une balle, flexion d'une regle).

Ces deux types d'effets peuvent se produire simultanement ou separement selon les situations.

3. Les caracteristiques d'une force

Pour decrire completement une force, il faut preciser quatre caracteristiques :

• Son point d'application : l'endroit ou la force s'exerce sur l'objet.
• Sa direction : la droite le long de laquelle la force agit.
• Son sens : l'un des deux sens possibles le long de cette direction.
• Sa valeur (ou intensite), exprimee en newtons (N), qui mesure l'ampleur de la force. On la mesure a l'aide d'un instrument appele dynamometre.

Ces quatre caracteristiques permettent de representer une force par un segment flechte (une fleche), appele vecteur-force, dont l'origine est le point d'application, la direction et le sens ceux de la fleche, et la longueur proportionnelle a la valeur de la force (selon une echelle choisie).

4. Le poids, une force particuliere

Le poids d'un objet est la force exercee par la Terre sur cet objet, du fait de son attraction gravitationnelle. Il s'exerce a distance, verticalement, dirige vers le bas, et son point d'application est le centre de gravite de l'objet. Sa valeur, mesurable au dynamometre, est proportionnelle a la masse de l'objet.

5. Effet d'une force sur la trajectoire et la vitesse

Lorsqu'une force resultante non nulle s'exerce sur un objet en mouvement, elle peut :

• augmenter sa vitesse (force dans le sens du mouvement) ;
• diminuer sa vitesse (force opposee au mouvement) ;
• modifier la direction de son mouvement (force qui n'est pas dans la direction du deplacement, par exemple lors d'un virage).

Si aucune force (ou un ensemble de forces qui se compensent) n'agit sur un objet, celui-ci reste immobile ou continue son mouvement en ligne droite a vitesse constante.

Schema-bilan

Force (de contact ou a distance) -> caracterisee par point d'application, direction, sens, valeur (en newtons) -> effets possibles sur un objet : mise en mouvement, arret, changement de vitesse ou de direction, deformation.