Physique : 2nde Chapitre.7 : Forces et mouvements I. Modèles et

Physique : 2nde
Chapitre.7 : Forces et mouvements
I. Modèles et interactions
1. Interactions entre deux objets :
L’énoncé suivant s’applique à des objets au repos ou en mouvement.
Quand un objet X agit sur un objet Y, simultanément Y agit sur X : on dit alors que les deux objets sont en interaction.
On distingue les interactions de contact lorsque les deux objets se touchent, et les interactions à distance
lorsqu’ils ne se touchent pas.
Exemple : Considérons un verre posé sur une table.

Le verre est en interaction avec la table : interaction de contact (le verre et la table se touchent).

Le verre est interaction avec la Terre (la Terre l’attire) : interaction à distance (le verre et la Terre ne se
touchent pas).

Le verre est en interaction avec l’air qui l’entoure : interaction de contact (l’air et le verre se touchent).
2. Diagramme objet-interactions :
La représentation d’un objet et d’une interaction est donnée ci-dessous :
Représentation de l’objet X
X
Représentation d’une interaction
de contact entre les objets
X et Y
X
Représentation d’une interaction à
distance entre les objets
X et Y
Y
Y
XX
X
X
On appelle digramme objet- interactions la représentation de l’objet que l’on a choisi d’étudier et des interactions avec
les autres objets.
Exemple : Verre posé sur la table.
Objet étudié : Le verre.
Table
Verre
Terre
Remarque :
Les interactions à distance peuvent être :



Magnétiques (entre deux aimants)
Electrostatiques (entre deux charges électriques)
Gravitationnelles (entre la Terre et un objet)
II. Notion de force
La notion de force a déjà été rencontrée en classe de Troisième.
Elle sera reprise ici avec plus de détail.
1. Définition et représentation :
1.1 : Définition :
Quand un objet X est en interaction avec un objet Y, on appelle force exercée par X sur Y la grandeur qui
caractérise l’action mécanique de X sur Y. Une force est une modélisation d’une action mécanique.
1.2 : Représentation d’une force :

On représente la force exercée par un objet X sur un objet Y par un vecteur notée : FX/Y
Ce vecteur possède quatre caractéristiques :
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
Un point d’application : point où s’applique la force. En général, on considère que la force s’applique au centre

Une direction : direction de la force.

Un sens : sens de la force.

Une longueur : elle dépend de la valeur (ou l’intensité) de la force. L’intensité d’une force s’exprime en
de gravité de l’objet, noté G.
Newton (Symbole : N). Il est impératif de choisir une échelle pour représenter la longueur
du vecteur.
L’appareil utilisé pour mesurer l’intensité d’une force est un dynamomètre.

Exemple : Représentation de la force F T/E, exercée par la Terre (T) sur un élève (E), de valeur F = 5.102 N.
Caractéristiques de la force :

Point d’application : le centre de gravité G de l’élève

Direction : la verticale du lieu

Sens : vers le bas

Longueur :
Echelle choisie : 1 cm représente 2,5.102 N, soit une longueur de 2 cm pour le vecteur.
G

FT/E
1.3 : Exemples de forces :
Le poids d’un objet :

Poids d’un corps : le poids d’un objet correspond à la force d’attraction exercée par la terre sur celui-ci.

On la note P . La valeur du poids d’un objet se note P (sans flèche).

La valeur du poids d’un objet se note P (sans flèche). La relation ci-dessous permet de calculer le poids d’un
objet, connaissant sa masse m et l’intensité de la pesanteur g du lieu :
P = m x g
Dans cette relation P s’exprime en Newton (N), m en kilogramme (kg) et g en newton par kilogramme (N.kg -1).

Représentation du poids d’un objet :
G

PT/O
Direction : Verticale
Sens : Vers le bas
Valeur : P = m x g (en Newton : N)
Point d’application : Centre de gravité G de l’objet
Sol
La force de réaction d’une table :
Un livre posé sur une table est soumis à deux forces :

 Le poids du livre : PTerre/Livre

 La réaction de la table sur le livre : RTable/Livre

RTable/Livre
Caractéristiques de la réaction de la table :
Direction : Verticale
Sens : vers le haut
Valeur : exprimé en Newton (N)
Point d’application : on considère que c’est le point de
contact du livre avec la table.

PTerre/Livre
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III. Les effets d’une force sur un mouvement
1. Modification de la trajectoire et de la vitesse :
 Une force qui s’exerce sur un corps modifie la valeur de sa vitesse.
 Lancez un crayon sur la table horizontale.
 Observation :
 Interprétation :
La vitesse du crayon diminue et le crayon finit par s’arrêter, la force qui modifie la valeur de la vitesse est
la force exercée par la table sur le crayon.
que

Une



force qui s’exerce sur un corps modifie la forme de sa trajectoire.
Lancer une bille de fer sur une table à proximité d’un aimant.
Observation :
Interprétation :
La trajectoire de la bille est modifiée par la force magnétique exercée par l’aimant sur la bille.

Conclusion :
Une force qui s’exerce sur un corps modifie la valeur de sa vitesse ou (et) la forme de sa trajectoire.
2. Influence de la masse :
En général, l’effet d’une force sur le mouvement d’un corps est d’autant plus faible que la masse du corps est grande.
Si l’on exerce deux forces identiques de direction horizontale sur deux patineurs de masses différentes immobiles
sur la glace d’une patinoire, le patineur le plus léger est mis en mouvement avec une vitesse plus grande que celle de
l’autre patineur.
Prenez une balle de tennis et une boule de pétanque ; il est plus difficile de faire rouler la boule de pétanque parce
sa masse est plus élevée.
3. Ce qu’il faut retenir :
Une force qui s’exerce sur un corps peut modifier :
 soit la valeur de sa vitesse.
 soit la forme de sa trajectoire.
 soit les deux à la fois.
Cette modification dépend généralement de la masse du corps.
Voir exercice d’application n°1
IV. Le principe d’inertie
1. L’inertie :
Il est plus difficile de mettre en mouvement la boule de pétanque par rapport à la balle de tennis : on dit que la
boule de pétanque présente une inertie différente de la balle de tennis.
De même, il sera plus difficile de modifier la vitesse d’un corps de masse importante par rapport à un corps de
masse plus faible.
Un corps peut-il être en mouvement sans qu’il ne soit soumis à aucune force ? Le principe d’inertie permet de
répondre à cette question.
2. Le principe d’inertie
Newton (1642-1727) considérait qu’il pouvait y avoir mouvement sans force et avait énoncé le principe d’inertie.
Cependant à la surface de la Terre, tous les corps sont soumis à une force exercée par la Terre qui s’appelle le poids, il
n’existe donc pas de mouvement sans force exercée sur un corps à la surface de la Terre.
Lorsque les forces qui agissent sur un corps se compensent, son mouvement sera identique à celui d’un corps qui n’est
soumis à aucune force.
Il est donc équivalent de dire « un corps est soumis à des forces qui se compensent » et « un corps n’est soumis à
aucune
force ».
3. Énoncé du principe d’inertie :
Tout corps persévère en son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui
se compensent.
On considérera que le principe d’inertie n’est valable sur Terre que dans le référentiel terrestre.
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4. Conséquences du principe d’inertie :
Dans le référentiel terrestre, lorsque le mouvement d’un corps est rectiligne et uniforme, on pourra conclure que ce corps
est soumis à des forces qui se compensent.
5. Exemples :

En absence de vent, le mouvement d’un parachutiste est pratiquement rectiligne et uniforme car le poids du
parachutiste et la force exercée par l’air se compensent.

Dans le référentiel terrestre, lorsque la trajectoire d’un corps n’est pas une droite, on peut conclure, d’après le
principe d’inertie, que les forces exercées sur ce corps ne se compensent pas.

De même, lorsque la valeur de la vitesse d’un corps n’est pas constante, on peut conclure, d’après le principe
d’inertie, que les forces exercées sur ce corps ne se compensent pas.
Voir exercices d’application n°2/3/4
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Exercices d’application
Exercice n°1 :
On considère une masse m suspendue à un dynamomètre gradué en Newton (voir figure ci-contre)
0
1. Quel est le système étudié ?
2. Faire le bilan des forces appliquées au système ?
N
3. Quel est la valeur P du poids de la masse m ?
4. Calculer la valeur de la masse m.
10
5. Quelles sont les caractéristiques du poids ?
6. Représenter sur la figure ci-contre le poids, en choisissant une échelle adaptée.
On donne : Intensité de la pesanteur : g = 10 N.kg-1
5
m
Exercice.2 :
Un enfant glisse avec sa luge sur une piste. On peut décrire son mouvement rectiligne en 3 étapes :
 Etape 1 : la vitesse de la luge augmente
 Etape 2 : la luge glisse à vitesse constante
 Etape 3 : la luge ralentit lorsqu’elle arrive en bas de la piste dans la neige fraîche et finit par s’arrêter.
Etape 1
Etape 2
Etape 3
1. Dans quel référentiel doit-on se placer pour étudier le mouvement de la luge ?
2. Préciser le système étudié.
3. Représenter sur le schéma ci-dessous par des points ( ), pris à intervalles de temps successifs et égaux,
les trajectoires des trois étapes et indiquer la nature du mouvement observé pour chacune d’elle.
4. Que peut-on dire des forces qui s’exercent sur la luge et l’enfant au cours des trois étapes ? Justifier.
5. On étudie particulièrement ce qui se passe lors de la deuxième étape.
a) Faire l’inventaire des forces qui s’exercent sur la luge et l’enfant pendant cette étape.
b) La luge et l’enfant ont une masse de 35 kg, calculer le poids P de l’ensemble.
c) Faire un schéma de la situation puis représenter (à l’échelle) ces forces.
6. Que se passe-t-il précisément dans la troisième étape ? Justifier.
On donne : Intensité de la pesanteur : g = 10 N.kg-1
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Exercice.3 :
Une grue soulève un container à une vitesse constante de 0,3 m.s-1.
La masse du container est m = 30 t.
1. Quel est le système étudié, et dans quel référentiel ?
2. Faire le bilan des forces qui s’exercent sur le système.
3. Calculer le poids P du container.

4. Donner les caractéristiques de la force TF/C exercée par le filin sur le container. Justifier.
5. Représenter sur le schéma ci-dessous ces forces à l’échelle 0,5 cm pour 100 kN.
On donne : g = 10 N.kg-1
Filin
Container
Exercice.4 :
Une gomme de masse 15 g est posée sur un plan inclinée (voir figure ci-contre).
Elle ne glisse pas.
1. Rappeler la relation entre la valeur du poids P et la masse m d’un objet.
Préciser les unités des trois grandeurs figurant dans cette relation.
2. Calculer la valeur P du poids de la gomme.
3. Préciser le système étudié ainsi que le référentiel d’étude.
4. Faire le bilan des forces appliquées à la gomme.
5. Quelle relation existe-t-il entre ses forces. Justifier.
6. Représenter sur le schéma ci-dessous, avec une échelle adaptée, les différentes forces appliquées à la gomme.
On donne : g = 10 N.kg-1
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