Une raquette frappe une balle, la Terre attire la Lune, une table soutient un livre : ce sont des actions mécaniques. Pour les étudier, le physicien les représente par des forces, modélisées par des vecteurs.
Objectifs
- Établir le diagramme objet-interactions d’un système
- Modéliser une action mécanique par une force (vecteur)
- Appliquer le principe des actions réciproques
- Calculer une force d’interaction gravitationnelle et un poids
- Représenter les forces exercées par un support et par un fil
1. Actions mécaniques et diagramme objet-interactions
- Une action mécanique peut mettre un objet en mouvement, modifier son mouvement ou le déformer.
- Action de contact : les objets se touchent (main qui pousse, support, fil, frottements).
- Action à distance : sans contact (attraction gravitationnelle, action d’un aimant).
Diagramme objet-interactions (DOI) : Schéma où chaque objet est entouré d’une bulle ; un trait relie deux objets en interaction (trait plein pour le contact, pointillé pour une action à distance). On entoure le système étudié pour repérer les actions qu’il subit.
Un livre posé sur une table
Objets : livre (système), table, Terre. Interactions : livre–table (contact, trait plein) et livre–Terre (à distance, trait pointillé). Le livre subit donc deux actions.
2. La force, un vecteur
Une action mécanique exercée par A sur B est modélisée par une force notée F⃗A/B, représentée par un vecteur défini par :
- un point d’application (souvent le centre du système modélisé par un point) ;
- une direction ;
- un sens ;
- une valeur (ou norme) en newtons (N), représentée avec une échelle (ex. : 1 cm pour 2 N).
3. Interaction gravitationnelle et poids
FA/B = FB/A = G × mA × mB / d²
Cette force est attractive : elle est dirigée selon la droite qui joint les centres des deux corps, vers le corps qui l’exerce.
P = m × g
Le poids d’un objet sur Terre s’identifie, en première approximation, à la force d’attraction gravitationnelle exercée par la Terre. Il est vertical, vers le bas, appliqué au centre de l’objet.
Retrouver g
- Pour un objet de masse m à la surface de la Terre : m × g = G × MT × m / RT²
- g = G × MT / RT² = 6,67 × 10−11 × 5,97 × 1024 / (6,37 × 106)²
- g ≈ 9,81 N·kg−1
4. Forces exercées par un support et par un fil
- Support (sans frottement) : la force est perpendiculaire au support, dirigée vers l’extérieur du support (elle « repousse » l’objet).
- Fil tendu : la force (tension) a la direction du fil et est orientée de l’objet vers le point d’attache.
À retenir
- Une force se caractérise par point d’application, direction, sens et valeur en N.
- Le DOI recense les actions subies par le système (contact ou à distance).
- Actions réciproques : F⃗A/B = −F⃗B/A.
- F = G × mA × mB / d², avec G = 6,67 × 10−11 N·m²·kg−2.
- Poids : P = m × g, vertical vers le bas ; g ≈ 9,81 N·kg−1 sur Terre.
Et maintenant, à toi !
Vérifie que tu as compris avec les exercices, puis révise avec la fiche.