Les forces (collège)

I. Modélisation d'une action mécanique

Exemple : Lorsqu'un footballeur frappe le ballon, une action mécanique est exercée par le pied du joueur sur le ballon.

Une action mécanique est toujours exercée par un objet (l'acteur ou le donneur) sur un autre objet (le receveur).

Dans l'exemple ci-contre, l'acteur est le pied du footballeur et le receveur est le ballon.

On distingue :

• Les actions de contact qui ne s'exercent que lors du contact entre l'acteur et le receveur.

• Les actions à distance qui peuvent s'exercer même si l'acteur et le receveur ne sont pas en contact.

L'action qu'exerce un footballeur sur un ballon est une action de contact alors que l'action qu'exerce la Terre sur le ballon (son poids) est une action à distance : le ballon continue à être attiré par la Terre quand il ne touche plus sa surface.

II. Les caractéristiques et la représentation d'une force

Les caractéristiques d'une force (dans l'exemple ci-contre F→ ) sont :

• Son point d'application (le point à partir duquel elle s'exerce)
• Sa direction (la droite d'action)
• Son sens (représenté par la pointe de la flèche)
• Sa valeur, intensité ou norme, exprimée en Newton (N) (correspond à la longueur de la flèche). La norme s'écrit avec le nom de la force SANS la flèche au-dessus ! Dans l'exemple, la norme du vecteur force F→ est F

Elle est représentée par un vecteur, appelé vecteur force (sur l'exemple: F→ ).

III. Les forces à connaître

1. Le poids

C'est une force qui s'exerce à distance.

Les caractéristiques du vecteur poids P→ sont :

• Son point d'application : le centre de gravité du corps G;
• Sa direction : verticale
• Son sens : vers le bas (ou descendant)
• Sa valeur : P = m × g
  • avec P en newton (N),
  • masse m en kg et
  • g = 9,81 N.kg⁻¹ l'intensité de pesanteur sur Terre (en moyenne)

2. La réaction normale du support

Définition de la réaction normale du support : La réaction normale du support est l'action qu'exerce un support sur un corps placé dessus. Elle est modélisée par le vecteur force R→  .

C'est une force de contact.

Les caractéristiques du vecteur réaction normale R→ qu'exerce un support (le tabouret sur l'exemple) sur un corps sont :

• Son point d'application : le centre de la surface de contact entre le support et le corps (croix jaune sur le dessin)
• Sa direction : perpendiculaire au support (dans le cas présent: verticale)
• Son sens : vers le haut
• Sa valeur : R (à calculer)

3. La tension d'un fil

Définition de la tension d'un fil: La tension d'un fil est la force qu'exerce un fil tendu sur un corps accroché à l'une de ses extrémités. Elle est modélisée par le vecteur force  T→  .

C'est une force de contact.

Les caractéristiques du vecteur tension d'un fil T→ qu'exerce un fil tendu sur un corps sont :

• Son point d'application : le point d'accroche entre le fil et le corps
• Sa direction : celle du fil tendu
• Son sens : du point d'accroche vers le fil
• Sa valeur : T