Modélisation d'une interaction par une force

Cette fiche permet de réviser certaines notions essentielles pour étudier le mouvement des corps matériels :

• Les actions mécaniques ;

• La notion de force.

I. Action mécanique

• Les notions d'action mécanique, qu'elle soit de contact ou à distance, ainsi que ses effets, ont été introduites en 5^e dans la fiche de cours suivante :

Modélisation d'une interaction par une action mécanique

• Il est primordial de bien les connaître avant de poursuivre la lecture de la présente fiche !

II. Les forces

1. Mouvement d'un objet

• Si on observe une modification du mouvement d'un objet, cela signifie qu'il est soumis à au moins une action mécanique.

• L'effet d'une action mécanique sur un système dépend de la masse de ce système : plus la masse est importante et plus l'effet est faible ; il est ainsi plus difficile de pousser un caddie plein qu'un caddie vide.

2. Modélisation d'une action par une force

• Une action mécanique peut être modélisée par une grandeur physique appelée force et que l'on représente par un vecteur.

• Caractérisation d'une force par un vecteur :

  $\circ\quad$ ORIGINE : le point d'application de la force ;

  $\circ\quad$ DIRECTION : la droite d'action de la force ;

  $\circ\quad$ SENS : sens dans lequel s'exerce l'action ;

  $\circ\quad$ VALEUR : intensité de la force, exprimée en Newton (N).

III. Notion de poids d'un objet

1. Distinction entre poids et masse

Le poids et la masse sont deux grandeurs différentes :

• La masse mesure la quantité de matière liée aux atomes constituant cet objet. Elle se mesure avec une balance et son unité est le kilogramme. C'est une grandeur constante qui ne dépend pas de la position du corps.

• Le poids est l'attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur un objet de masse $m$ situé à proximité de celle-ci.

2. Caractéristiques du poids

• Le poids est une force, caractérisé par :

  $\circ\quad$ ORIGINE (= le point d'application de la force) : centre de l'objet (centre de gravité) ;

  $\circ\quad$ DIRECTION (= la droite d'action de la force) : verticale (parallèle à un fil à plomb) ;

  $\circ\quad$ SENS (= sens dans lequel s'exerce l'action) : vers le sol (vers le centre de la Terre) ;

  $\circ\quad$ VALEUR (= intensité de la force, exprimée en $N$) : mesurée avec un dynamomètre, en Newton (N). L'intensité du poids est reliée à la masse par un facteur de proportionnalité, appelé intensité de la pesanteur et notée $g$. Sa valeur est d'environ $10~N/kg$ à proximité de la Terre.

• Remarques :

  $\circ\quad$ Sur Terre, l'intensité de la pesanteur diminue avec l'altitude et augmente avec la latitude : $g_{\text{pôle}} = 9,83 \, \text{N/kg}$ et $g_{\text{équateur}} = 9,78 \, \text{N/kg}$. Le poids d'un corps dépend donc du lieu où il se trouve.

  $\circ\quad$ L'intensité de la pesanteur varie d'une planète à l'autre : plus la planète est massive, plus l'intensité de la pesanteur est forte. Le poids d'un corps est d'autant plus élevé qu'une planète est massive.

  $\circ\quad$ Il ne faut pas confondre la masse en $kg$ et le poids en $N$.

3. Expression du poids d'un objet

• Le poids $\overrightarrow{P}$ d'un objet a pour expression :

  $\boxed{P = m \times g}$

  avec :

  $\circ\quad$ $P$ en $N$ ;

  $\circ\quad$ $m$ la masse de l'objet en $kg$ ;

  $\circ\quad$ $g$ intensité de la pesanteur en $N/kg$.

• Exemple : soit une boule de masse $m = 0,80 \, \text{kg}$ posée sur le sol. Celle-ci est immobile, on dit qu'elle est en équilibre.

  $\circ\quad$ On mesure l'intensité de la pesanteur au niveau du sol : $g = 9,8 \, \text{N/kg}$.

  $\circ\quad$ Le poids de cette boule a donc pour valeur, $P = 0,80 \times 9,8 = 7,8 \, \text{N}$.

• Remarque : on mesure la valeur du champ de pesanteur à l'aide d'un gravimètre.

_{= Merci à krinn pour avoir contribué à l'élaboration de cette fiche =}