Équilibre d’un solide soumis à deux forces – exercices corrigés -3AC
📝Exercice 1 : Définitions essentielles
📚Termes à définir :
Force
Exemple : La force exercée par le dynamomètre D₁ sur le corps (S) dans l’activité expérimentale.
Point d’application
Définition : C’est l’endroit précis où la force s’exerce sur le corps. C’est le point de contact entre l’acteur et le receveur (pour une action de contact localisée).
Exemple : Pour la force \(\vec{F}_1\), le point d’application est le point A. Pour \(\vec{F}_2\), c’est le point B.
Droite d’action
Définition : C’est la ligne droite (infinie) suivant laquelle la force s’exerce. Elle indique la direction de la force.
Exemple : Les forces \(\vec{F}_1\) et \(\vec{F}_2\) ont la même droite d’action, qui est la droite (AB).
Sens d’une force
Définition : Le sens indique vers où la force « pointe » ou « pousse » le long de sa droite d’action. Il y a deux sens possibles pour une même direction.
Exemple : \(\vec{F}_1\) a un sens de A vers la gauche. \(\vec{F}_2\) a un sens de B vers la droite. Ils sont opposés.
Intensité d’une force
Définition : C’est la valeur (ou la norme) de la force. Elle représente « la puissance » de l’action mécanique et se mesure en Newtons (N) à l’aide d’un dynamomètre.
Exemple : \(F_1 = 4\,\text{N}\) et \(F_2 = 4\,\text{N}\). Les deux forces ont la même intensité.
Dynamomètre
Définition : Instrument de mesure utilisé pour quantifier l’intensité d’une force. Il est souvent constitué d’un ressort dont l’allongement est proportionnel à la force appliquée.
Exemple : Les deux dynamomètres D₁ et D₂ de l’activité, qui exercent et mesurent les forces \(\vec{F}_1\) et \(\vec{F}_2\).
Corps solide
Définition : En mécanique, on considère un corps comme « solide indéformable » lorsque les distances entre ses points ne varient pas, quelle que soit l’action subie. On peut alors étudier son mouvement ou son équilibre dans son ensemble.
Exemple : Le corps (S) dans l’activité, dont on néglige la masse et les déformations pour l’étude.
Équilibre d’un solide soumis à deux forces
Définition : Un solide est en équilibre sous l’action de deux forces si et seulement si ces deux forces ont la même droite d’action, la même intensité et des sens opposés.
Exemple : Le corps (S) dans l’activité est en équilibre car \(\vec{F}_1 = -\vec{F}_2\).
❓Exercice 2 : Vrai ou Faux
⚖️Affirmations sur l’équilibre d’un solide soumis à deux forces :
Un corps solide soumis à deux forces est toujours en équilibre.
VRAI
FAUX
Pour qu’un solide soit en équilibre sous l’action de deux forces, celles-ci doivent avoir la même droite d’action.
VRAI
FAUX
Les deux forces doivent avoir des intensités différentes pour maintenir l’équilibre.
VRAI
FAUX
La condition vectorielle d’équilibre est \(\vec{F}_1 + \vec{F}_2 = \vec{0}\).
VRAI
FAUX
Les forces \(\vec{F}_1\) et \(\vec{F}_2\) doivent avoir des sens opposés.
VRAI
FAUX
Dans l’activité expérimentale, le poids du corps (S) est négligé car sa masse est très petite.
VRAI
FAUX
Un dynamomètre est un appareil qui permet de mesurer la direction d’une force.
VRAI
FAUX
Pour représenter une force de 4N avec une échelle de 1cm pour 2N, on dessine une flèche de 4cm.
VRAI
FAUX
Si deux forces ont la même droite d’action et la même intensité, alors le solide est nécessairement en équilibre.
VRAI
FAUX
Le bilan des forces sur le corps (S) dans l’activité inclut \(\vec{F}_1\), \(\vec{F}_2\) et le poids.
VRAI
FAUX
Si \(\vec{F}_1 = -\vec{F}_2\), alors les deux forces ont nécessairement la même droite d’action.
VRAI
FAUX
✏️Exercice 3 : Compléter les phrases à trous
📝Liste des mots disponibles :
intensité
sens
droite d’action
point d’application
équilibre
opposés
dynamomètre
Newton (N)
poids
contact
distance
négligée
échelle
🔤Phrases à compléter :
Une __________ est modélisée par quatre caractéristiques :
__________,
__________,
__________ et
__________.
L’unité de l’intensité d’une force est le __________, et on la mesure avec un __________.
Pour qu’un solide soit en __________ sous l’action de deux forces, ces deux forces doivent avoir la même __________, la même __________ et des sens __________.
La condition vectorielle d’équilibre s’écrit : __________.
Dans l’activité expérimentale, le __________ du corps (S) est __________ car sa masse est très petite.
Les forces \(\vec{F}_1\) et \(\vec{F}_2\) sont exercées respectivement par les dynamomètres D₁ et D₂. Ce sont des forces de __________ (il y a contact).
Pour représenter une force de 4 N avec une échelle de 1 cm pour 2 N, on dessine une flèche de longueur __________ cm.
Le __________ d’une force est le point précis où elle s’exerce sur le corps.
La __________ d’une force est la ligne droite suivant laquelle la force s’exerce.
Le __________ indique vers où la force « pousse » le long de sa droite d’action.
Si deux forces ont des sens opposés mais des intensités différentes, le solide __________ en équilibre.
⚖️Exercice 4 : Déterminer les cas d’équilibre
📌Déterminer, parmi les cas suivants, ceux où le corps est en équilibre.
1
Quels sont les cas où le corps est en équilibre ?
Cas A
Cas B
Cas C
Cas D
2
Justifier votre réponse en rappelant les conditions d’équilibre d’un solide soumis à deux forces.
🔍Exercice 5 : Solide suspendu à un dynamomètre
Un solide (S) est suspendu à un dynamomètre qui indique la valeur 10 N.
Déterminer les caractéristiques de la force \(\vec{F}\) exercée par le dynamomètre sur le solide (S).
| Force | Point d’application | Droite d’action | Sens | Intensité |
|---|---|---|---|---|
| \(\vec{F}\) | ……………. | ……………. | ……………. | ……………. |
Le solide (S) subit une autre force \(\vec{P}\) (son poids). Donner ses caractéristiques.
(On donne \(P = 10N\))
| Force | Point d’application | Droite d’action | Sens | Intensité |
|---|---|---|---|---|
| \(\vec{P}\) | ……………. | ……………. | ……………. | ……………. |
Déduire, en justifiant votre réponse, si ce corps est en équilibre.
Réponse : ………………………………………………………………………
Justification : …………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………
🍎Exercice 6 : Pomme en équilibre suspendue à un dynamomètre
La figure ci-dessous schématise une pomme en équilibre accrochée au point A à l’extrémité d’un dynamomètre qui indique la valeur de la force \(\vec{F}\) exercée par le dynamomètre sur la pomme.
a – Donner les caractéristiques de la force \(\vec{F}\).
| Force | Point d’application | Droite d’action | Sens | Intensité |
|---|---|---|---|---|
| \(\vec{F}\) | ……………. | ……………. | ……………. | ……………. |
b – En choisissant une échelle convenable, représenter la force \(\vec{F}\).
Échelle choisie : 1 cm → ……………. N
Une deuxième force notée \(\vec{P}\) a pour point d’application le point G qui permet de maintenir la pomme en équilibre.
a – Déterminer les caractéristiques de la force \(\vec{P}\) en justifiant la réponse.
| Force | Point d’application | Droite d’action | Sens | Intensité |
|---|---|---|---|---|
| \(\vec{P}\) | ……………. | ……………. | ……………. | ……………. |
Justification : ………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
b – Représenter, avec la même échelle, la force \(\vec{P}\).
Équilibre d’un solide soumis à deux forces – exercices corrigés -3AC