Modélisation d'une action par une force

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Classe(s) : 2de | Thème(s) : Modéliser une action sur un système

Pour comprendre le mouvement d’un système, il faut prendre en compte les actions mécaniques qui s’exercent sur lui. Chaque action exercée sur un système peut être modélisée par une force.

I Représenter une force

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Lorsque deux systèmes sont en interaction, ils exercent l’un sur l’autre des actions mécaniques modélisées par des forces.

Exemple : Les personnages A et B exercent une force l’un sur l’autre par l’intermédiaire de la corde.

Une force est caractérisée par : sa direction, son sens et sa valeur (ou intensité) exprimée en newtons (N). L’endroit où la force s’exerce, est appelé point d’application.

Les caractéristiques d’une force sont celles d’un vecteur. On schématise une force par un segment fléché appelé vecteur force dont :

– la direction est celle de la force ;

– le sens est celui de la force ;

– la longueur est proportionnelle à l’intensité de la force ;

– l’origine est placée au point d’application de la force.

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Exemple : La force exercée par A sur B est représentée par le vecteur force FA/B et son intensité est égale à FA/B = 200 N car la longueur de la flèche est le double du segment choisi pour représenter 100 N.

À noter

Le choix d’une échelle doit permettre une représentation simple : la valeur de la force correspondant à la norme du vecteur force.

II Principe des actions réciproques

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Lorsque deux systèmes sont en interaction, ils exercent toujours l’un sur l’autre des forces opposées. Ainsi, tout corps A exerçant une force sur un corps B subit une force exercée par B, d’intensité égale, de même direction mais de sens opposé :

FB/A = − FA/B

Méthode

1 Distinguer actions à distance et actions de contact

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Quelles sont les forces subies par la balle de ping-pong pendant un échange ? Distinguer, parmi les actions exercées sur la balle, celles qui sont des forces de contact et celles qui s’exercent à distance.

Conseils

On distingue deux types d’actions mécaniques suivant qu’elles s’exercent avec ou sans contact entre les systèmes en interaction. Pour trouver les forces qui interviennent, listez les autres systèmes en interaction avec la balle.

Solution

La balle est frappée par les raquettes, rebondit sur la table, est freinée par l’air et est déviée vers le bas. Elle est donc soumise aux moments des contacts, à la force des raquettes ou de la table et pendant tout son mouvement, elle est freinée par l’air et attirée par La Terre. Les forces exercées par les raquettes, la table ou l’air sont des forces de contact. L’attraction de la Terre se fait à distance : c’est le poids.

2 Réaliser un diagramme objet-interactions (DOI)

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a. Proposer le diagramme objet-inter­actions, noté DOI, permettant de faire l’inventaire des forces s’exerçant sur un perchiste pendant le saut.

b. En déduire les trois forces s’exerçant sur le perchiste au même moment.

Conseils

Pour faire l’inventaire des forces s’appliquant sur le système, identifiez tous les « autres objets » qui interagissent avec lui. Représentez les objets en interaction dans des bulles et les interactions par une double flèche entre les bulles.

Solution

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a. Si le système étudié est le perchiste, alors les « objets » qui agissent sur lui sont la Terre, l’air et la perche.

b. Le perchiste est donc soumis à l’attraction terrestre (ou poids), l’action de la perche et l’action de l’air.