1. MODELISATION D'UNE ACTION MECANIQUE. ❑ On ne peut pas voir une
force mais uniquement les effets d'une force sur le mouvement ou la forme d'un ...
TP 01 Physique - FORCES ET TRAVAIL D’UNE FORCE 1. MODELISATION D’UNE ACTION MECANIQUE. On ne peut pas voir une force mais uniquement les effets d’une force sur le mouvement ou la forme d’un objet. Exemple: La bille en acier a une trajectoire modifiée par la présence de l’aimant. On visualise l’effet de la force sur le mouvement de la bille. On modélise la force par un vecteur, “une flêche” dont la représentation nous permet de tirer les informations suivantes: le point d’application est le point où s’exerce la force; la direction et le sens indiquent comment la force s’exerce; la “longueur de la flêche” depend de l’intensité de la force. une direction: celle de l’élastique un point d’application: la petite surface de contact entre sa main et le tendeur.
1N
le doigt sur le poussoir du stylo.
10 N
ouvrir une porte de placard à fermeture magnétique. le pied sur la pédale de frein.
102 N 103 N un sens: de l’élastique vers Julie
104 N 105 N
FJulie/élastique. une valeur: qui dépend de la déformation du tendeur. L’unité est le Newton (N). La longueur du vecteur est proportionnelle à la valeur de la force.
106 N 107 N 3,5 x 1022
EXERCICE 1.
Un bricoleur frappe le clou avec une force de 75 N. Représenter cette force. Echelle des forces 1 cm 25 N.
EXERCICE 2.
Représenter et donner les caractéristiques de la force exercée par la main sur le ressort, sa chant que la force a pour valeur F = 40,0 N et que l’on prend pour échelle 1 cm = 20 N
soulever des haltères de 100 kg. traction d’une caravane par une auto (au démarrage). un réacteur d’avion sur les gaz qu’il éjecte. traction d’un convoi par une locomotive (au démarrage). un moteur de fusée sur les gaz qu’il éjecte. force exercée par le Soleil sur la Terre
Il existe de nombreuses forces qui assurent la cohésion de notre monde. En cours de ST2S nous allons rencontrer 3 forces particulières: - le poids p : force d’attraction exercée par la Terre sur tout objet à sa surface; - la réaction du sol R: force exercée par le sol sur tout objet posé à sa surface; - les forces de frottement f. Le poids a les caractéristiques suivantes.
le point d’application est appelé centre de gravité. la direction est verticale le sens est vers le bas l’intensité p
= mxg
avec g l’intensité de la pesanteur; elle s’exprime en N / Kg. Cette constante varie selon l’endroit où on se trouve. En France g est de l’ordre de 10 N / Kg.
!
Il faut faire attention aux unités, notamment la masse s’exprime en kg.
EXERCICE 3.
Un lustre a une masse m = 30 kg. En déduire son poids. Echelle des forces 1 cm 100 N
EXERCICE 4.
Une balle de golf a une masse m = 10 g. En déduire son poids. Echelle des forces 4 cm 0,1 N
EXERCICE 5.
Une voiture tire sur la remorque au point d’attache avec une force de 10 000 N. La caravane a une masse de 500 kg. Les frottements dûent au sol ont pour valeur 2 500 N Echelle des forces 1 cm 2 500 N.
Gp p TERRE/HOMME
On distingue: - les forces de volume, de surface et ponctuelles; - les forces de contact et de distance. Exemples: - La force d’attraction terrestre est responsable de la chute des hommes de l’avion. C’est une force de volume (elle s’exerce sur tout le volume du corps) et de distance (la Terre exerce son attraction “à distance”). - La force de poussée de l’homme est responsable de l’avancée du véhicule. C’est une force de surface (elle s’exerce sur toute la surface de la paume de la main) et de contact (il faut qu’il y ait contact de la main aec la voiture pour que les effets de la poussée soient ressenties).
EXERCICE 6.
Un ouvrier tire sur la corde avec une force de 1 000 N. Le seau et son contenu a une masse de 800 kg Echelle des forces 1 cm 400 N. Préciser pour chacune d’elles, s’il s’agit d’une force de contact, de distance, de volume, de surface ou ponctuelle.
Dans les exercices de ST2S on ramène le bilan des forces à un seul point d’application: le centre de gravité de l’objet (le “milieu” de l’objet). On peut alors demander d’identifier les forces présentes:
EXERCICE 7. Polynesie - Juin 2013 Dans le cadre de sa préparation physique, un sportif décide de faire une sortie en vélo. Un chien traverse brusquement la route devant le cycliste et l’oblige à freiner pour ne pas le percuter. Lors de son freinage, le cycliste et son vélo sont soumis à trois force (voir le schéma de la situation). Que représentent ces trois forces ?
Ou bien justifier quel schéma représente correctement la situation.
EXERCICE 8. Métropole - Septembre 2011 Un véhicule se déplace sur une route droite et horizontale. Le véhicule commence à freiner en un point A et s’arrête au point B. Lors du freinage, le véhicule est soumis à trois forces: son poids P la réaction normale de la route R la force f permettant le freinage. Sur le schéma ci-dessous, sont représentées les forces exercées sur le véhicule. Quel est le schéma correct ? Pourquoi ?
2. TRAVAIL D’UNE FORCE Pour quantifier les effets d’une force sur le mouvement d’un objet, on définit la notion de travail, par la relation
W = F x l x cos () avec
W le travail en Joule F la force qui s’exerce sur l’objet en Newton l la distance parcourue par l’objet en mètre l’angle entre la force et la direction du déplacement.
EXERCICE 9. 1°) Un individu exerce une force de valeur F1 = 8 000 N, sur une distance de 10 m. En déduire le travail de cette force 2°) Un second exerce une force de valeur F3 = 800 N, sur la même distance. En déduire la travail de cette force 3°) Un troisième exerce une force de valeur F3 = 5 000 N, sur la même distance. En déduire la travail de cette force 4°) Préciser le caractère moteur ou résistant.
