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Physique 534:Les forces

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[modifier] Introduction aux forces

[modifier] La force

La force est une action mécanique dont les 3 effets possibles sont :

la déformation d'un objet,
l'équilibration d'une autre force,
la modification de la vitesse ou de la direction d'un mobile.

Puisqu'elle a un sens et une grandeur, nous l'exprimons souvent avec un vecteur. L'unité à employer pour la force est le newton, symbolisé $\mbox{ N}~$ , qui est la force nécessaire pour faire accélérer un kg à 1m / s².

$1\mbox{ N} = \frac{1 \mbox{kg} \cdot \mbox{m}}{s^2}$

On ne peut pas voir une force, on ne peut qu'en ressentir les effets.

[modifier] Le dynamomètre

Un dynamomètre.

Un dynamomètre est un appareil mécanique qui permet de mesurer une force qui est exercée sur ce dernier. C'est grâce à un ressort qu'il peut donner la valeur en newton de la force qu'il mesure. En effet, ce ressort, une fois étiré par la force, varie en longueur et cette variation est ensuite convertie en Newton selon la loi de Hooke.

Cet appareil est souvent utilisé à la pêche sportive où le pêcheur, fier de sa prise, accroche son poisson à un dynamomètre pour savoir son poids.

Cet appareil peut aussi être appellé peson.

[modifier] Les systèmes de forces

Un système de force apparaît dès que plus d'une force agit sur un objet. Ils doivent partager tous le même origine, soit le centre de la masse de l'objet.

Nous pouvons trouver la force résultante d'un système de forces en additionnant tous les vecteurs de forces qui lui sont associés. Le vecteur qui représente la force résultante peut donc remplacer l'ensemble des vecteurs d'un système de forces.

Un système de forces est en équilibre lorsque la force résultante du système est nulle. Pour équilibrer un système de force, il suffit de rajouter un vecteur opposé à la force résultante de ce système.

[modifier] Exemples de forces

[modifier] Le poids

Le poids est la force qui résulte de la gravité. Il faut bien différencier le poids de la masse pour éviter les erreurs de compréhension. Le poids, bien qu'on l'utilise souvent pour désigner la masse par erreur, est le nom à utiliser pour désigner la grandeur de la force gravitationnelle. Donc, le poids varie tout dépendamment sur quel ou astre nous sommes et il se mesure en newton. Tandis que la masse ne varie pas dépendamment de la planète et elle se mesure en kilogrammes.

Nous pouvons calculer l'attraction de deux corps avec la formule suivante.

$F_g = \frac{G m_1 m_2}{d^2}$

G est la constante de gravitation universelle. La règle qui la définit est la suivante. $\textstyle G = \frac{6,67 \times 10^{-11} N \cdot m^2}{kg^2}$
$m 1$ est la masse du premier corps en kilogrammes.
$m 2$ est la masse du deuxième corps en kilogrammes.
$d$ est la distance qui sépare le centre des deux corps en mètres.

Nous pouvons aussi calculer la force du champ gravitationnel d'un astre avec la formule suivante qui ressemble beaucoup à celle énoncée plus haut.

$F_g = \frac{G m }{r^2}$

G est la constante de gravitation universelle. La règle qui la définit est la suivante. $\textstyle G = \frac{6,67 \times 10^{-11} N \cdot m^2}{kg^2}$
$m$ est la masse de l'astre en kilogrammes.
$r$ est le rayon de l'astre en mètres.

[modifier] La force normale

La force normale est la force qui excerce une poussée contre un mobile. Par exemple, un livre de 1kg posé sur une table a une force de 9.8 N vers le bas. Par contre, la table exerce une force vers le haut de 9,8 N qui empêche le livre de bouger parce qu'il n'est pas possible que le livre passe au travers de la table.Nous pouvons donc conclure que la constante gravitationelle sur la terre est de: $9,8 N/Kg ~$

On peut aussi dire que la force normale qu'exerce une table vers un objet qui est posé sur cette dernière est comme une force de rappel lorsqu'on comprime un ressort. Sauf que la table aurait une si grande force de rappel qu'elle ne se déformerait pas.

[modifier] Le frottement

La force de frottement est une force qui contre un mouvement à cause de l'adhérence entre deux substances. Elle est opposée au mouvement et est parallèle à la surface de contact.

[modifier] Force de rappel d'un ressort

La force de rappel d'un ressort est la force nécessaire pour comprimer ou étirer un ressort pour une certaine distance. Cette force s'exprime généralement en $N / c m$ . Plus la force de rappel d'un ressort est grande, plus le ressort est résistant puisqu'il faut appliquer une plus grande force pour le déformer.

La formule $F rappel = k Δ l$ fait partie de la loi de Hooke.

$F rappel$ désigne la force de rappel d'un ressort.
$k$ désigne la constante de raideur d'un ressort. (ou constante de rappel)
$Δ l$ désigne la variation de longueur du ressort : différence entre les longueurs du ressort en extension et au repos.

Un élastique est en quelque sorte un ressort, mais ayant une forme différente (corde).

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