Modélisation d’une action mécanique par une force

• Afin d’étudier une action mécanique et comprendre son effet, on la modélise par une grandeur physique appelée force, notée \(\overrightarrow{F}\).

• On appelle une force tout évènement ou cause susceptible de créer un effet statique ou dynamique ou bien déformer un corps.

Les caractéristiques d’une force

1) Point d’application d’une force

a) Expérience :

A l’aide d’un fil, on tire une boite dans 2 points différents A et B, et on observe l’effet de la force exercée par le fil sur la boite.

b) Observation :

On observe que l’effet de la force exercée sur la boite au point A est différent de celui au point B. Il dépend du point où il est exercé.

c) Conclusion :

Le point d’application est le point où s’exerce la force.

• Pour une force de contact localisée → point de contact.
• Pour une force de contact répartie → centre géométrique des corps.
• Pour une force à distance → centre de gravité des corps.

Exemples :

2) Direction ou droite d’action d’une force

a) Expérience :

A l’aide d’un fil, on tire du même point d’application ‘B’ une boite dans 2 différentes directions, et on observe l’effet de la force exercée par le fil sur la boite.

b) Observation :

On observe que l’effet de la force exercée sur la boite dépend de la direction de la force.

c) Conclusion :

La droite d’action d’une force est la direction de l’effet de cette force qui passe par le point d’application. (Δ)

Exemple 1 : Le fil exerce une force sur le ballon, le point d’application est le point A, la droite d’action est la droite (Δ) confondue avec le fil et passant par le point A.

3) Le sens d’une force

a) Expérience :

A l’aide d’un fil, on tire du même point d’application ‘B’ et la même direction une boite dans deux sens différents, et on observe l’effet de la force exercée par le fil sur la boite.

b) Observation :

On observe que l’effet de la force exercée sur la boite dépend du sens de mouvement provoqué par la force.

c) Conclusion :

Le sens d’une force exprime le sens de l’effet de cette force. On peut l’exprimer par les expressions : vers le haut, vers le bas…

Exemple : Dans l’exemple 1 le fil exerce une force sur la boule. Le sens de la force est : du point A vers le haut.

4) L’intensité d’une force

a) Expérience :

On accroche à l’extrémité d’un ressort deux corps de masses différentes.

b) Observation :

On observe que l’allongement du ressort est plus grand lorsqu’on a accroché une masse plus grande. La force exercée par le corps S₂ est plus grande que celle exercée par le corps S₁.

c) Conclusion :

• Toute force est caractérisée par une intensité.
• L’intensité d’une force est une grandeur physique notée F, T, P…, son unité internationale est le Newton ‘N’.
• Nous mesurons l’intensité d’une force avec le dynamomètre.

d) Application :

A partir de la figure ci-contre, quelle est l’intensité de la force exercée par le corps (S) ?

→ Le corps (S) exerce une force F = 2N.

Représentation d’une force