Manuel Le Livre Scolaire (2de)
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⚙️ 1. Actions Mécaniques et Forces
L'action mécanique d'un système extérieur (acteur A) sur le système étudié (récepteur B) peut être modélisée par une force. Une action mécanique peut être de contact ou bien une action à distance.
— Point d'application : le point où l'on considère que la force s'exerce
— Direction (ou droite d'action)
— Sens d'action
— Intensité (norme ou valeur) exprimée en Newton (N)
Contact → point d'application = point de contact entre donneur et receveur.
À distance → point d'application = centre de gravité du receveur.
⚖️ 2. Principe des Actions Réciproques
En 1687, Isaac Newton énonce le principe des actions réciproques (3e loi de Newton) :
Si un système A exerce une force sur un système B, alors B exerce simultanément une force sur A. Ces deux forces ont la même direction, la même valeur, mais des sens contraires.
Ce principe s'applique pour des actions de contact ou à distance, que les systèmes soient immobiles ou en mouvement dans le référentiel d'étude.
📋 3. Exemples de Forces
a. Force d'interaction gravitationnelle
Deux objets de masses mA et mB s'attirent mutuellement. La valeur de la force d'interaction gravitationnelle est :
G = 6,67 × 10−11 N·m²·kg−2
Caractéristiques
- Point d'application : centre de gravité de l'objet étudié
- Direction : droite passant par les centres de A et B
- Sens : de A vers B (attraction mutuelle)
- Intensité : G × mA × mB / d²
Variables
- mA, mB : masses en kg
- d : distance entre les centres en m
- G : constante de gravitation universelle
- F : force en N
b. Le poids
Le poids d'un objet correspond à l'interaction gravitationnelle qu'il subit de la part d'une planète. Sa valeur est donnée en Newton par :
g = 9,81 N/kg (intensité de la pesanteur)
Centre de gravité de l'objet étudié
Verticale
Vers le bas (vers le centre de la planète)
c. Réaction du support
Un corps reposant sur un support exerce des forces de contact sur ce dernier. Par la 3e loi de Newton, le support exerce en retour une force appelée réaction du support R⃗.
Dans le cas d'un corps immobile soumis uniquement au poids et à la réaction du support :
d. Force exercée par un fil (tension T⃗)
La tension d'un fil est la force de contact exercée par le fil sur le système étudié. Elle a la même direction que le fil et est orientée du point d'accroche vers le système.
🔬 4. Le Principe d'inertie
Au lycée, on utilise le modèle du point matériel : le système étudié est ramené à un seul point où s'applique l'ensemble des forces.
Effet d'une force : une force s'exerçant sur un système peut modifier son mouvement, c'est-à-dire modifier son vecteur vitesse.
Dans un référentiel galiléen, tout système persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme, s'il n'est soumis à aucune force ou à des forces qui se compensent.
Un référentiel galiléen est un référentiel dans lequel le principe d'inertie est vérifié. Le référentiel terrestre est considéré comme galiléen pour des études de courte durée.
↩️ 5. Contraposée du Principe d'inertie
Si le système n'est ni immobile ni en mouvement rectiligne uniforme, alors les forces qui s'exercent sur lui ne se compensent pas.
Le système est au repos ou en mouvement rectiligne uniforme (MRU).
Le mouvement n'est ni immobile ni rectiligne uniforme : il est accéléré, freiné ou curviligne.
🌍 6. La Chute Libre Verticale
Un système est en chute libre dans le référentiel terrestre s'il n'est soumis qu'à son poids (on néglige les frottements de l'air).
Rectiligne vertical. La valeur de la vitesse varie au cours du temps sous l'effet du poids.
v⃗ est dans le même sens que P⃗ (chute vers le bas sans vitesse initiale).
v⃗ est dans le sens opposé à P⃗ (objet lancé vers le haut).
Dans la réalité, la chute libre est difficile à observer à cause des forces de frottement dues à l'air, qui augmentent avec la vitesse. Il existe une vitesse limite lorsque les forces de frottement compensent parfaitement le poids : ∑F⃗ext = 0⃗, le mouvement devient alors rectiligne uniforme.