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
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.
Méthode · Mesurer une force
On mesure la valeur d'une force avec un dynamomètre.
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Exercices corrigés
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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 ?
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.
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 ?
Diagramme objet-interaction
★★☆Un livre est posé sur une table. Construire le diagramme objet-interaction centré sur le livre.
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 ?
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 ?
Caractéristiques
★★☆Donner les caractéristiques de la force exercée par un fil vertical qui retient une lampe de $15$ N.
Interaction
★★☆La Terre attire la Lune. La Lune attire-t-elle la Terre ? Donner une conséquence observable.
Forces qui se compensent
★★☆Un objet posé sur une table reste immobile alors que la Terre l'attire. Pourquoi ?
Dynamomètre
★☆☆Quel appareil permet de mesurer une force ? Quelle est l'unité ?
Aimants
★★☆Deux aimants se repoussent. Représenter qualitativement les deux forces qu'ils exercent l'un sur l'autre.
Parachutiste
★★★Un parachutiste descend à vitesse constante. Quelles actions s'exercent sur lui ? Que peut-on dire de ces forces ?
Ressort
★★☆Un ressort s'allonge de $2$ cm sous $4$ N. De combien s'allonge-t-il sous $10$ N (allongement proportionnel) ?
Frottements
★★☆Un palet glisse sur la glace et finit par s'arrêter. Quelle action mécanique l'a ralenti ?
Diagramme d'une voiture
★★★Construire le diagramme objet-interaction d'une voiture roulant sur une route.
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 ?
Force à distance
★☆☆Citer deux exemples d'actions mécaniques à distance.
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 ?
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 ?
Échelle
★★☆On veut représenter une force de $250$ N par une flèche de $5$ cm. Quelle échelle choisir ?
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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