⚛ Physique Quatrième · Chapitre 1

Actions mécaniques et forces

Identifier les actions mécaniques, les modéliser par des forces et construire un diagramme objet-interaction.

1. Actions mécaniques

Définition · Action mécanique

Un objet (l'acteur) exerce une action mécanique sur un autre objet (le receveur) s'il peut le mettre en mouvement, modifier son mouvement ou le déformer.

Propriété · Contact ou à distance

  • Action de contact : une main pousse une porte, le sol soutient un livre.
  • Action à distance : la Terre attire une pomme, un aimant attire un clou.

Définition · Interaction

Si $A$ agit sur $B$, alors $B$ agit aussi sur $A$ : c'est une interaction. Les deux actions ont même direction, même valeur et des sens opposés.

2. Diagramme objet-interaction

ballonpiedTerreaircontactà distancecontact
Diagramme objet-interaction pour un ballon frappé : trait plein pour une interaction de contact, pointillés pour une interaction à distance.

3. La force

Définition · Force

Une action mécanique est modélisée par une force, représentée par un segment fléché caractérisé par :

  • son point d'application ;
  • sa direction (la droite qui porte le segment) ;
  • son sens (la flèche) ;
  • sa valeur, en newtons (N), proportionnelle à la longueur du segment.
réaction du sol : 20 Npoids : 20 Néchelle : 1 cm ? 10 N
Une boîte posée sur une table : deux forces de même direction, de même valeur et de sens opposés. Elles se compensent, la boîte reste immobile.

Méthode · Mesurer une force

On mesure la valeur d'une force avec un dynamomètre.

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Exercices corrigés

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1

Acteur et receveur

★☆☆

Un joueur frappe une balle avec sa raquette. Identifier l'acteur et le receveur. L'action est-elle de contact ou à distance ?

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2

Contact ou distance

★☆☆

Classer : un aimant attire une bille d'acier ; le vent pousse une voile ; la Terre attire la Lune ; un doigt appuie sur un bouton.

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3

Effets d'une action

★☆☆

Quel est l'effet de l'action : a) on écrase une pâte à modeler ; b) on freine un vélo ; c) on lance une balle ?

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4

Diagramme objet-interaction

★★☆

Un livre est posé sur une table. Construire le diagramme objet-interaction centré sur le livre.

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5

Représenter une force

★★☆

Représenter une force verticale vers le haut de $30$ N appliquée au centre d'un objet, avec l'échelle $1$ cm pour $10$ N. Quelle longueur donner au segment ?

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6

Lire une force

★★☆

Sur un schéma à l'échelle $1$ cm pour $5$ N, une force est représentée par une flèche de $4{,}5$ cm. Quelle est sa valeur ?

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7

Caractéristiques

★★☆

Donner les caractéristiques de la force exercée par un fil vertical qui retient une lampe de $15$ N.

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8

Interaction

★★☆

La Terre attire la Lune. La Lune attire-t-elle la Terre ? Donner une conséquence observable.

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9

Forces qui se compensent

★★☆

Un objet posé sur une table reste immobile alors que la Terre l'attire. Pourquoi ?

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10

Dynamomètre

★☆☆

Quel appareil permet de mesurer une force ? Quelle est l'unité ?

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11

Aimants

★★☆

Deux aimants se repoussent. Représenter qualitativement les deux forces qu'ils exercent l'un sur l'autre.

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12

Parachutiste

★★★

Un parachutiste descend à vitesse constante. Quelles actions s'exercent sur lui ? Que peut-on dire de ces forces ?

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13

Ressort

★★☆

Un ressort s'allonge de $2$ cm sous $4$ N. De combien s'allonge-t-il sous $10$ N (allongement proportionnel) ?

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14

Frottements

★★☆

Un palet glisse sur la glace et finit par s'arrêter. Quelle action mécanique l'a ralenti ?

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15

Diagramme d'une voiture

★★★

Construire le diagramme objet-interaction d'une voiture roulant sur une route.

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16

Somme de forces

★★★

Deux enfants tirent une caisse dans le même sens avec $40$ N et $60$ N. Un troisième tire dans le sens opposé avec $80$ N. Dans quel sens la caisse a-t-elle tendance à bouger ?

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17

Force à distance

★☆☆

Citer deux exemples d'actions mécaniques à distance.

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18

Direction d'une force

★★☆

Quelle est la direction du poids d'un objet ? Et de la force exercée par un sol horizontal sur un objet posé dessus ?

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19

Tir à la corde

★★★

Au tir à la corde, les deux équipes tirent avec la même force et la corde ne bouge pas. Que se passe-t-il si une équipe tire plus fort ?

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20

Échelle

★★☆

On veut représenter une force de $250$ N par une flèche de $5$ cm. Quelle échelle choisir ?

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21

Vrai ou faux

★★☆

a) Une force se mesure en kilogrammes. b) Une action à distance ne nécessite pas de contact. c) Si A agit sur B, B n'agit pas sur A.

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