La leçon précédente a montré que toute action mécanique se modélise par une force. Mais dans une situation réelle — un livre posé sur une table, une lampe suspendue à un fil, une balle qui roule — plusieurs forces s’exercent souvent en même temps sur un même objet. Cette leçon présente les forces les plus courantes et une méthode simple pour les identifier toutes : le bilan des forces.
I. Rappel : qu’est-ce qu’une force ?
Une force modélise une action mécanique exercée par un acteur sur un receveur. Elle est caractérisée par un point d’application, une direction, un sens et une intensité (mesurée en Newton, N, à l’aide d’un dynamomètre), et se représente par un vecteur.
II. Quelques forces de contact courantes
• La réaction du support (ou réaction normale), notée R : lorsqu’un objet est posé sur une surface (table, sol, plan incliné), le support exerce sur lui une force qui l’empêche de s’enfoncer. Cette force est perpendiculaire à la surface de contact.
• La tension d’un fil, notée T : lorsqu’un objet est suspendu ou tiré par un fil tendu, le fil exerce sur lui une force dirigée le long du fil, vers le point d’attache.
• La force musculaire : exercée par une personne ou un animal qui pousse, tire ou soulève un objet.
• La force de frottement, notée f : lorsqu’un objet glisse ou tend à glisser sur une surface (ou dans l’air ou l’eau), cette surface (ou ce fluide) exerce une force qui s’oppose au mouvement.
• La force élastique d’un ressort : un ressort étiré ou comprimé exerce sur l’objet accroché une force qui tend à le ramener vers sa position de repos. Son intensité augmente avec l’allongement ou le raccourcissement du ressort.
III. Une force à distance courante : le poids
Le poids, noté P, est la force avec laquelle la Terre attire tout objet situé près de sa surface. C’est une force à distance (aucun contact n’est nécessaire), verticale, dirigée vers le bas, et appliquée au centre de l’objet. L’étude détaillée du poids et son lien avec la masse fait l’objet d’une leçon séparée.
IV. Le bilan des forces
Faire le bilan des forces exercées sur un objet, c’est identifier et lister toutes les forces qui agissent sur lui à un instant donné. Une méthode pratique consiste à dessiner un diagramme objet-interactions :
• On place le système étudié (l’objet) au centre du diagramme, dans une bulle.
• On place autour chaque objet (ou milieu) qui agit sur lui, dans d’autres bulles.
• On relie le système étudié à chaque acteur par un trait : un trait plein pour une action de contact, un trait pointillé pour une action à distance.
Exemple : un livre posé sur une table est soumis à deux forces : le poids (action à distance de la Terre, trait pointillé) et la réaction du support (action de contact de la table, trait plein).
V. Autre exemple : un objet suspendu
Une lampe suspendue au plafond par un fil est soumise à deux forces : son poids (action à distance de la Terre, verticale vers le bas) et la tension du fil (action de contact du fil, verticale vers le haut). La lampe étant immobile, ces deux forces se compensent.
VI. Synthèse
| Force | Symbole | Type |
|---|---|---|
| Poids | P | À distance |
| Réaction du support | R | Contact |
| Tension d’un fil | T | Contact |
| Frottement | f | Contact |
| Force élastique | — | Contact |
Exercice d’application
1. Qu’appelle-t-on « faire le bilan des forces » exercées sur un objet ?
2. Dans un diagramme objet-interactions, quelle différence fait-on entre un trait plein et un trait pointillé ?
3. Une balle est posée immobile sur le sol. Faire le bilan des forces qui s’exercent sur elle, en précisant pour chacune s’il s’agit d’une action de contact ou à distance.
4. Un seau plein d’eau est suspendu au bout d’une corde, immobile. Citer les deux forces qui s’exercent sur lui.
5. Donner un exemple de force de contact autre que la réaction du support et la tension d’un fil.
Corrigés
1. Faire le bilan des forces, c’est identifier et lister toutes les forces qui agissent sur un objet à un instant donné.
2. Un trait plein représente une action de contact ; un trait pointillé représente une action à distance.
3. Deux forces : le poids (action à distance exercée par la Terre) et la réaction du sol (action de contact exercée par le sol).
4. Le poids du seau (action à distance de la Terre) et la tension de la corde (action de contact de la corde).
5. Exemples possibles : la force musculaire, la force de frottement, la force élastique d’un ressort.
