Dynamique
Mécanique
Dynamique
Voici la liste des objectifs intermédiaires que l'on couvre dans cette section.
- 2.1 Décrire ce qu'il ressent lorsqu'un système de forces agit sur lui.
- 2.2 Reconnaître des effets de force qui s'exercent sur des objets de son environnement.
- 2.3 Déterminer, à la suite d'expériences, la force équilibrante d'un système de forces dont il a ressenti ou observé les effets.
- 2.4 Établir une relation entre la déformation d'une substance élastique et la force qui agit sur elle.
- 4.1 Identifier la cause du changement de l'état de repos ou de l'état de mouvement d'un objet.
- 4.2 Mesurer l'accélération due à une force appliquée sur des objets de masse différente.
- 4.3 Établir, à partir de résultats expérimentaux, une relation mathématique entre les différents facteurs qui influencent l'accélération d'un objet.
- 4.4 Associer la cause de la chute d'un objet à la pesanteur.
- 4.6 Identifier des facteurs qui influencent la grandeur d'une force de frottement.
Définition
Une force (F) est toute action modifiant l’état de repos ou de mouvement d’un corps. Cela peut être une poussée ou une traction.
Une force peut aussi déformer un corps.
Certaines forces s’exercent par contact, d’autres à distance.
Le dynanomètre est un instrument pour mesurer l’intensité d’une force.
L’unité de la force est le Newton (N).
On présente une force par un vecteur, donc une force a une intensité (grandeur, module) et une orientation (direction et sens).
Le poids d’une masse
Si on laisse tomber une pomme, elle se dirige vers le sol. Son mouvement est uniformément accéléré et nous avons déjà vu que son accélération est environ 9.8 m/s2.
Tout se passe comme si la pomme était attirée par le centre
de la Terre.
Le poids d’une masse (à la surface de la Terre), c’est la force avec laquelle la Terre attire cette masse.
La masse est une quantité de matière (vu en 416-436).
Le poids est une force.
Nous appelons attraction gravitationnelle l’attraction entre une masse et la Terre. La force d’attraction gravitationnelle est aussi appelée le poids de l’objet.
L’unité de la masse (m) est le kilogramme (kg).
La Terre exerce une force d’environ 9.8 N sur chaque kg de masse.
L’intensité du champ gravitationnel de la Terre (g) est donc de 9.8 N/kg.
g = 9.8 N/kg
On établit la relation suivante entre le poids et la masse d’un objet
Fg = m g
Où
Fg est le poids
m est la masse
g est l’intensité du champ gravitationnel
Force équilibrante
La force équilibrante de plusieurs forces, c’est la force qui peut annuler l’effet des autres forces.
L’équilibrante est toujours égale en grandeur mais opposée en sens à la force résultante.
Règle pour trouver l’équilibrante :
1. Trouver la résultante;
2. Si la résultante est nulle, il y a équilibre, l’équilibrante est nulle;
3. Si la résultante n’est pas nulle, l’équilibrante est la force de même grandeur que la résultante mais de sens opposé.
Système de forces concourantes en équilibre de translation
Un système de forces concourantes (forces appliquées en un même endroit) est en équilibre de translation quand la somme de toutes les forces est nulle (Résultante nulle).
C’est-à-dire lorsque le mobile est immobile ou plus exactement lorsqu’il n’est accéléré dans aucune direction.
Exemple
Un objet de 400N est suspendu au plafond par deux cordes. À l’aide d’un schéma, calcule la tension dans les deux cordes.
Loi de Hooke
La déformation que subit un objet élastique est proportionnelle aux forces appliquées pour le déformer.
En d’autres termes, quand on comprime ou allonge un ressort d’une distance l, la force F exercée est directement proportionnelle à cette distance l.
Son expression mathématique est la suivant :
F = k.l
Où
F : Force appliquée au ressort (N)
l : Écrasement ou allongement du ressort (m)
k : Constante de rappel du ressort (N / m)
Théorie (2e loi de Newton)
Tout objet soumis à une force nette (non nulle) accélère dans la direction de cette force.
L’accélération est proportionnelle à la force et proportionnelle à l’inverse de la masse.
F = m a
C’est la 2e loi de Newton.
Si
F = 0, a = 0, MRU ou immobile
F différent 0, a différent 0, MRUA.
L’unité de la force
L’unité de la force est le newton (N).
Définition du newton
Le newton est la force nécessaire pour donner à une masse de 1 kg une accélération de 1 m/s2.
Forces de frottement sec
Les forces de frottement jouent un rôle important dans la vie de tous les jours, on ne pourrait se déplacer en marchant ou en courant, pas plus qu’on ne poourrait faire avancer un véhicule par traction.
Historiquement, de Vinci fut le premier à énoncer les lois quantitatives sur le frottement. Plus tard, Coulomb réalisa plusieurs expériences sur les frottements et distingua entre frottement statique et cinématique.
Le frottement est une force de contact qui s’oppose au mouvement relatif de deux corps.
Les facteurs qui inflencent la grandeur d’une force de frottement sont :
- 1. La nature des matériaux en présence;
- 2. Le fini des surfaces et des pellicules qui s’y forment (rugosité);
- 3. La masse;
- 4. La température;
- 5. Les forces électrostatiques entre les atomes et molécules des surfaces en contact;
- 6. La vitesse (coefficient de frottement cinétique). Effet négligeable en autant que les surfaces en cause ne subissent pas de modifications importants.
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