Science et technologie s1095

La force

La force est une action capable de créer une accélération ou de modifier le mouvement d'un objet. Une force peut aussi le déformer en le poussant ou en le tirant.

L'unité de mesure de la force est le newton |\small \text {(N)}|. Celle-ci représente la force nécessaire pour donner à un objet de |\small \text {1 kg}| une accélération de |\small \text {1 m/s}^2|.

Graphiquement, la force est représentée avec une flèche qui indique:

  • sa direction, par un segment de droite;
  • son sens, par la pointe de la flèche;
  • son intensité, par la longueur de la flèche ou par sa valeur en Newtons;
  • son point d'application, correspondant à l'endroit, le point précis, où la force est appliquée.

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(source)

Il existe différents types de force:

Force gravitationnelle

La force gravitationnelle est une force d'attraction entre deux corps.

Elle dépend de la masse et de la distance entre ces deux corps.

  • Plus la masse des deux objets est grande, plus la force gravitationnelle est grande.
  • Au contraire, plus la distance entre ces deux corps est grande et plus cette force diminue.

Sur Terre, la force gravitationnelle exerce sur n'importe quel corps en chute libre une accélération de |\small \text {9,8 m/s}^2| . Le poids est une façon de mesurer la force gravitationnelle.

La force gravitationnelle est également responsable des marées et de la trajectoire des astres qui passent près de notre planète.

La force gravitationnelle

Force électromagnétique

La force électromagnétique est une force d'attraction ou de répulsion entre des objets possédant une charge électrique ou des pôles magnétiques.

Cette force n'agit que sur les particules chargées, soit les protons et les électrons. Les atomes sont formés car les noyaux chargés positivement exercent une force d'attraction avec les électrons situés sur les couches électroniques. De plus, elle permet de lier des atomes pour former des molécules, qui peuvent également se combiner pour former des longues chaînes comme celles présentes dans les plastiques ou dans l'ADN.

Force normale

La force normale est la force exercée par un objet sur une surface en contact avec celui-ci.

La force normale doit toujours être perpendiculaire à la surface.

Comme l'illustre l’image ci-dessous, la force de gravité devrait normalement amener l’objet vers le sol (ou vers le centre de la Terre). Toutefois, la table garde l’objet immobile en exerçant une force vers le haut qui vient annuler la force de gravité. Cette force exercée par la table est appelée force normale.
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Dans le cas d'une surface plane (comme le livre et la table ci-dessus), la force normale est généralement égale à la force gravitationnelle. Toutefois, si une force supplémentaire était appliquée sur le livre (par exemple, si on poussait le livre sur la table), la force normale augmenterait.

La force normale

Force de frottement

La force de frottement est un type de force de contact qui s'oppose au mouvement d'un objet avec une surface.

Celle-ci dépend de deux facteurs:

  • la nature des surfaces de contact (une surface rugueuse veut dire un plus grand frottement);
  • la force normale.

 

(source)

La force de frottement

Forces nucléaires forte et faible

Les forces nucléaires forte et faible agissent à l'intérieur du noyau d'un atome. Ces deux forces sont étudiées dans la fission et la fusion nucléaire.

La force nucléaire forte est une force d'attraction qui retient les protons et les neutrons ensemble. C'est elle qui permet la cohésion des noyaux.

La force nucléaire faible est liée à des phénomènes de radioactivité et contribue, par exemple, à faire briller le Soleil.

Force équilibrante

Une force résultante est la combinaison de toutes les forces appliquées au même moment sur un objet.

Une force équilibrante est une force qui annule la force résultante. Cela signifie que l'objet ne se déplace pas.

La souque à la corde est un bon exemple d'équilibre des forces. Si les deux équipes tirent avec une force similaire, mais en direction opposée, le foulard placé au centre ne se déplacera pas. La force résultante est donc nulle, car les deux forces sont égales en intensité et en direction opposée.
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Après un certain temps, si une équipe tire plus fort qu'une autre (sa force est plus grande), l'équilibre est défait et le foulard se met à se déplacer. La force résultante est donc non-nulle, car une des forces n'est pas complètement annulée par les autres. Ce système n'est donc pas à l'équilibre.

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La force équilibrante

Force efficace

La force efficace est la composante d'une force responsable du déplacement d'un objet. Elle correspond à la force parallèle au mouvement de l'objet.

On utilise les principes de la trigonométrie pour déterminer la valeur réelle de la force efficace.

On tire un bloc avec une force de |\small \text {50 N}| et un angle de |\small 30^{\circ}| par rapport à l'horizontale. Quelle est la force efficace exercée sur le bloc?

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On forme un triangle rectangle sachant que le vecteur de |\small \text {50 N}| correspond à l'hypoténuse du triangle (la direction dans laquelle la force est appliquée).

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En utilisant les formules de trigonométrie, on peut trouver la force efficace, soit la force qui est parallèle au sol (représentée en rouge dans le schéma ci-dessus).

||\begin{align} \cos \Theta =\displaystyle \frac{\text {c.a.}}{\text {hyp.}} \quad \Rightarrow \quad \text {c.a.} &= \cos \Theta \times {\text {hyp.}} \\
&= \text {50 N} \times \cos 30^{\circ}
\\ &\cong \text {43,3 N}
\end{align}||

La force efficace est donc de |\text {43,3 N}|.

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