Fiche de physique - chimie
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Les forces

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Quelques forces et caractéristiques

Le poids

Définition :
L'ensemble des actions dues à l'interaction gravitationnelle sur les particules constituants un corps s'appelle le poids du corps.


Caractéristiques :
  • Direction : verticale
  • Sens : vers le centre de la Terre
  • Point d'application : par convention, G, centre d'inertie du solide
  • Intensité : P=mg

    P : poids du solide en Newton (N)
    m : masse du solide en kg
    g : intensité de la pesanteur terrestre en N.kg-1
   avec g = \text{G}.\dfrac{m_T}{R_T^2}
    m_T : la masse de la terre (5,98.1024 kg)
    R_T : le rayon de la terre (6,38.106 m)
    \text{G} : constante de graviation universelle (6,6742.10-11 Nm2kg-2)

La réaction du support

Définition :
Modélise l'ensemble des actions microscopiques qui s'exercent entre un corps et le support sur lequel il est posé. Ces actions ont pour origine l'interaction électromagnétique.

1. Posé sur un support horizontal
études de quelques forces et leur caractérisitiques : image 1
Caractéristiques :
  • Direction : verticale
  • Sens : vers le haut
  • Point d'application : A
  • Intensité : R=P (les forces se compensent)
2. Posé sur un support rugueux incliné
études de quelques forces et leur caractérisitiques : image 2
Le solide est en équilibre donc les forces se compensent.
La réaction du support \overrightarrow{R} peut être décomposé en 2 vecteurs, grâce à la relation de Chasles.
\overrightarrow{R}=\overrightarrow{R_N}+\overrightarrow{R_T}
\overrightarrow{R_N} : réaction normale
\overrightarrow{R_T} : réaction tangentiel (frottements)

Caractéristiques :
  • Direction : verticale
  • Sens : vers le haut
  • Point d'application : A
  • Intensité : R=P
3. Posé sur un support incliné
études de quelques forces et leur caractérisitiques : image 3
Dans ce cas là, le solide glisse, il n'y a donc pas de force de frottements (\overrightarrow{R_T} est absent.).
Le solide est en déséquilibre et les forces de ne compensent pas. (\overrightarrow{P}+\overrightarrow{R}\neq 0)

La tension du fil

études de quelques forces et leur caractérisitiques : image 4
Caractéristiques :
  • Direction : celle du fil
  • Sens : vers l'extérieur du solide
  • Point d'application : Le point d'attache du fil


Le ressort

Le ressort a les mêmes caractéristiques que le fil.
Pour connaître l'intensité de la force du ressort, on utilise cette relation :

F=k|\Delta l|

    F : force du ressort (N)
    k : constante de raideur (N.m-1)
    \Delta : variation de la longueur du ressort (\Delta l=l_{\text{apres etirement}} - l_{\text{initial}}) (m)

La poussée d'Archimède

Définition :
L'ensemble des actions exercées par un fluide (liquides, gaz) sur un corps est modélisé par une force unique appelée poussée d'Archimède.

études de quelques forces et leur caractérisitiques : image 5
Caractéristiques :
  • Direction : verticale
  • Sens : vers le haut
  • Point d'application : G', le centre du corps immergé
  • Intensité : poids du volume de fluide déplacé, Pa=\rho_f\times V_i \times g

    Pa : poussée (ou force) d'Archimede (N)
    \rho_f : masse volumique du fluide (kg.m-3)
    V_i : volume immergé du corps (m3)
    g : gravité en N.kg-1 (ou accélération de la pesanteur en m.s-2)


Effets des forces

Une force peut :
  • déformer un corps (pâte à modeler)
  • maintenir un objet en équilibre
  • mettre un solide en rotation, translation.
  • modifier le centre d'inertie d'un objet

Une force n'est jamais parallèle à la direction de l'axe de rotation ; elle ne peut couper l'axe de rotation.

Construction d'un DOI (diagramme objets - interactions)

Un DOI permet de faire l'inventaire des interactions.

Une personne est debout sur la route.
Il existe donc 3 objets : la personne, le sol et la Terre.

L'action de contact (l'action nécessite une contact entre les 2 objets) est modélisée par une flèche en trait continu.
L'action à distance (l'action ne nécessite aucun contact entre les 2 objets) est modélisée par une flèche en trait discontinu.
études de quelques forces et leur caractérisitiques : image 6
Le sol est le support sur lequel est posé la personne alors que la Terre représente l'interaction gravitationnelle de la Terre sur la personne. On distingue donc Terre et sol.
Il y a deux flèches, donc deux interactions.
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