Modéliser une action sur un système

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Modéliser une action sur un système

I. Action mécanique et forceI.1. Modéliser une action mécanique

Un corps A exerce une action mécanique sur un corpsB s’il est capable de provoquer ou de modifier le mouvementdu corps B ou de le déformer.

Ici, en frappant le ballon la joueuse le met enmouvement, elle exerce sur lui une action mécanique.

Pour « traduire » sur le papier ces actions mécaniques en les représentant le plus justement possible nous les modéliserons par des forces. Le vecteur force possède 3 caractéristiques :

• La norme, c’est la longueur du vecteur, elle est proportionnelle à l’intensité de la force exercée.

• La direction• Le sens

On parle aussi parfois d’un point d’application mais en seconde nos systèmes sont modélisés par des points, et alors la force s’applique simplement sur ce point.

Exercice 1 : À partir de la représentation ci-dessous donner les caractéristiques du vecteur F⃗ joueur /ballon

I.2. Deux types de forces

On distinguera 2 types de forces :• Les forces à distance, l’action mécanique se produit alors même que les deux

corps sont à distance l’un de l’autre.• Les forces de contact qui ne peuvent se produire que lors du contact entre les

2 corps concernés.

Cours de seconde_Physique-chimie_Chapitre 2 : Modéliser une action sur un système

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Lors du mouvement du ballon de foot on a ces deux types de force :• Lorsque la joueuse frappe le ballon avec son pied il s’agit d’une action de

contact • Lorsque le ballon a « décollé » il est toujours soumis à l’action de pesanteur de

la Terre, action à distance

II.Principe des actions réciproquesII.1. Énoncé du principe

Lorsqu’un corps A exerce sur un corps B une forceF⃗ A /B alors B exerce sur A une force F⃗B / A qui est telle que :

F⃗ A /B=−F⃗B / A

C’est à dire que les normes sont égales ( FA /B=FB/ A ) mais que les deux vecteurs sont opposés (au même sens qu’en mathématiques : même longueur, même direction mais sens opposés)

Exercice 2 : Juliette fait la plancheJuliette est à la piscine et fait la planche. La force qui lui permet de flotter est

appelée « Poussée d’Archimède ».

1. Sans soucis d’échelle, représenter la situation.2. Représenter également la force qu’exerce Juliette sur l’eau

II.2. Cas de l’interaction gravitationnelle

Deux objets ponctuels de masse mA et mB s’attirent mutuellement et leur interaction peut être modélisé par deux forces opposées et de même norme :

F⃗ A /B=−F⃗B / A

Avec FA /B=FB/ A=G∗mA∗mB

d A−B2

où G est la constante de gravitation universelle G=6,67∗10−11N .m² .kg−2

Exercice 3 : En observant l’unité de la constante universelle de pesanteur G, la formule et vos connaissances déterminer :

1. L’unité de la norme de l’interaction gravitationnelle2. L’unité de la masse3. L’unité de la distance


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Par exemple, entre la Terre et la Lune se produit une interaction mutuelle (et à distance) qui peut être schématisée selon :

Exercice 4 : En recherchant dans votre livre les valeurs nécessaires, calculer la normede la force d’interaction gravitationnelle exercée par la Terre sur la Lune

Attention à ne pas confondre FA /B et F⃗ A /B , le premier représente la norme du second. Le premier est un nombre et le second est un vecteur. Mathématiquement ce sont deux objets différents et donc ils ne peuvent en aucun cas être égaux ! De mêmedans un exercice il faut bien regarder ce que l’on vous demande… FA /B ou F⃗ A /B ??

III.Exemples de forcesIII.1.Le poids

A la surface de la Terre, tout objet ayant une masse m est soumis à son poids P⃗ , vérifiant les caractéristiques suivantes :

• sa norme P vaut m*g où g est la constante de pesanteur terrestre (g=9,81 N/kg sur la Terre)

• sa direction est verticale• son sens est vers le bas

Exercice 5 : Deux balles de tennis A et B de masse m=60,0 g et de rayonr=3,00 cm , sont placées à d=5,00 cm l’une de l’autre.

1.Calculer le poids PA de la balle A. On donne g = 9,81 N.kg-1.

2.Donner l’expression littérale de la force d’interaction FB/A exercée par la balle B

sur la balle A. On précisera les unités.3.Calculer la valeur de cette force. Donnée: G=6,67.10−11N .kg−2.m2

4.Comparer la valeur FB/A de la force d’interaction et la valeur de PA. Conclure.

Exercice 6 : Poids et interaction gravitationnelleCette notion est présentée sous forme d’exercice mais la conclusion doit être connue !


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1. Calculer l’interaction gravitationnelle entre une voiture située à la surface de laTerre et la Terre. On donne mvoiture=500kg , Rayonterre=6371km ,

masseTerre=6,972∗1024 kg et on rappelle G=6,67∗10−11USI

2. Calculer le poids d’un voiture de masse m=500kg sur la Terre

Conclusion : Le poids est un cas particulier de la force d’interaction gravitationnelle. Si on considère un objet à la surface de la Terre on utilise le poids, sinon on utilise la force d’interaction gravitationnelle, mais en aucun cas il ne serait pertinent d’ajouter les 2 pour un même système.

III.2.Réaction du support

Cette force permet de modéliser l’action mécanique qui est perpendiculaire au support. On la note souvent R⃗ et est caractérisée par :

• Sa direction : perpendiculaire au support• Son sens : du support vers l’objet

Sa norme dépend de la situation étudiée.

Attention : voir la définition donnée dans votre cours. Parfois on voit la réaction du support comme la somme de R⃗ tel que je viens de le définir et des frottements entre le support et le système. Dans ce cas la force n’est plus nécessairement perpendiculaire au support.

III.3.Tension d’un fil

Situation assez classique où le système est attachéà un fil, il faut considérer la tension du fil dans le bilandes actions mécaniques (skieur et téléski, ampoule et filélectrique…). On la note souvent T⃗ et elle estcaractérisée par :

• Sa direction : le long du fil• Son sens : du système vers le fil


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Pour s’entraîner

Exercice 7 : Commenter et corriger les erreurs relevées par l’enseignant sur cette copie d’élève

Exercice 8 : A chacun son rythme


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Exercice 9 :

Exercice 10 :


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