Modélisation des interactions : les forces

Le poids d'un corps

Le poids d'un corps est l'action qu'exerce, à distance, la Terre sur la masse de ce corps. On suppose que toute la masse du corps est située en son centre de gravité, noté $\rm G$.

Caractéristiques du poids

L'action s'exerce selon une droite verticale, appelée droite d'action, passant par le centre de gravité du corps. Le sens du poids d'un corps est orienté vers le centre de la Terre, c'est-à-dire de haut en bas.

Ainsi, on représente le poids par une flèche, orientée vers le centre de la Terre :

Mesure et calcul du poids

La valeur du poids d'un corps, appelée intensité et exprimée en newton $\rm (N)$, se mesure à l'aide d'un dynamomètre. On peut calculer la valeur du poids avec la relation :

$$\rm P=m\times g$$

Avec :

• $\rm m$, la masse du corps, en kilogramme $\rm (kg)$
• $\rm g$, l'intensité de la pesanteur, en newton par $\rm kg~(N/kg)$ ; en France, $\rm g=9,8~N/kg$.

Équilibre d'un corps sur un plan horizontal

Condition d'équilibre

Lorsqu'un corps est placé sur un plan horizontal, il est en équilibre si la verticale passant par son centre de gravité coupe la base de sustentation. Dans le cas contraire, le corps bascule.

Actions mécaniques et leurs effets

Agir mécaniquement sur un objet, autrement dit, exercer sur lui une action mécanique, entraîne soit :

• Sa déformation ;
• Sa mise en mouvement, son déplacement ;
• Un changement de son mouvement ;
• Son maintien au repos.

Définition d'une force

Une action mécanique peut s'exercer à distance entre deux objets, comme pour le poids, ou à leur contact. On appelle force une action mécanique qui est exercée en un point. Le poids d'un objet est donc une force qui s'exerce sur son centre de gravité.

Caractéristiques d'une force

On caractérise une force par :

• Son point d'application ;
• Sa droite d'action ;
• Son sens ;
• Son intensité, exprimée en newton $\rm (N)$.

Troisième loi de Newton : principe d'action-réaction

La force qu'exerce un objet A sur un objet B, notée $\vec{F}_{A/B}$ entraîne, par réaction, une force exercée par l'objet B sur l'objet A, notée $\vec{F}_{B/A}$.

Caractéristiques des forces d'action-réaction

Ces deux forces possèdent les mêmes caractéristiques suivantes :

• La même valeur (même intensité)
• La même droite d'action
• Des sens opposés

On peut donc écrire : $\vec{F}_{A/B} = -\vec{F}_{B/A}$

Équilibre d'un solide soumis à des forces

Équilibre sous deux forces

Lorsqu'un solide au repos est soumis à deux forces, il est en équilibre si ces deux forces :

• Ont la même valeur ;
• Ont la même droite d'action ;
• Sont de sens opposés.

Équilibre sous trois forces

Lorsqu'un solide au repos est soumis à trois forces, il est en équilibre si conjointement :

• Ces trois forces s'exercent dans le même plan et sont concourantes ;
• Le dynamique des forces est fermé.