Interactions et forces
1 Définitions
Interaction :
Deux objet A et B sont en interaction, si A exerce une action qui se manifeste par ses effets sur B, et si réciproquement, B agit sur A.
Forces :
L’action exercée par chacun des corps sur l’autre est appelée force.
Système :
L'interaction étant réciproque, on choisit d’étudier un participant, le système, et les forces qui s’exercent sur lui.
Tout ce qui n’est pas le système est appelé extérieur.
Le système subit des forces exercées par ce qui est intérieur au système, appelées forces extérieures
2 Classification des forces
2.1 Forces localisées, forces réparties
Force localisée
Une force localisée s’applique en un point d’un objet ou sur un objet ponctuel. Par exemple un fil tire un objet avec une force T localisée au point d’accrochage.
Force répartie
Une force répartie s’applique sur un ensemble de points répartis sur une surface ou dans un volume de l’objet. Par exemple le poids P est réparti dans tout le volume d’un objet.
2.2 Forces à distance, forces de contact
Forces à distance
Une force à distance s’exerce entre 2 objets pouvant être séparés par de l’air, de l’eau, du vide…
Il y a 3 sortes de forces à distance :
- les forces de gravitation : Elles s’exercent entre les astres ; entre la terre et les objets terrestres. Le poids d’un corps est essentiellement une force de gravitation. Ce sont des forces attractives.
- les forces électriques : Elles s’exercent entre deux objets portant des charges électriques. Elles peuvent être aussi bien attractives que répulsives.
- les forces magnétiques : Elles s’exercent entre des aimants ou entre des aimants et certains matériaux (en particulier le fer).Elles aussi peuvent être attractives ou répulsives.
Forces de contact
Il faut obligatoirement qu’il y est contact entre les deux objets pour que naisse une force de contact. Par exemple la force de traction d’un fil, mesurée par la tension du fil, s’applique au point de contact objet-fil.
3 Effets d'une force extérieure sur un système
Effet dynamique
Une force peut modifier le mouvement d’un système, c’est à dire modifier son vecteur vitesse.
Effets statiques
- Equilibre : Un système est en équilibre si tous ses points sont au repos dans le référentiel d’étude.
- Effets d’une force : Une force peut contribuer à l’équilibre d’un système et déformer un système en équilibre ou non.
4 La force, le vecteur Force
Pour une force localisée.
Considérons un fil AM qui tire sur un solide. Cette force sera modélisé par un vecteur F. Celui-ci aura :
- une direction : la direction du fil AM
- un sens : de A vers M
- une intensité ou un module F par exemple mesuré avec un dynamomètre
- un point d’application : la point A
Pour une force répartie
Considérons l’action exercée par une main qui posée à plat appuie sur un mur.
La force exercée par la main sur le mur est répartie sur toute la surface de contact entre la main et
le mur. On peut encore définir une direction, un sens, un module ; mais on ne peut plus parler de point
d’application. On dessinera le vecteur F à partir d’un point quelconque de la surface de contact.
5 Principe des actions réciproques
Si un système matériel A exerce la force
sur un autre
système matériel B, alors, B exerce sur A la force réciproque
.
Les deux forces réciproques qui naissent de l’interaction entre A et B sont opposées:
=
6 Bilan des actions extérieures
Un système ne participe pratiquement jamais à une seule interaction. Son état de mouvement ou de repos est conditionné par l’ensemble des forces extérieures qui s’exercent sur lui.
Il est donc nécessaire de dresser le bilan de celles-ci, en ne tenant compte que des forces dont l’effet est manifeste dans les conditions de l’étude.
En pratique pour dresser un bilan des forces il faut :
- Préciser le système
- Recenser tous les objets avec lesquels il est en interaction
- Enumérer les forces à distance
- Enumérer les forces de contacts
- S’assurer que chaque forces est une force extérieure au système
- Préciser pour chaque force :
- sa direction
- son sens
- sa valeur
- son point d’application
