Quelles sont les forces?

Forces d’intéraction et forces

La force d’interaction gravitationnelle est l’une des 4 forces fondamentales de l’Univers. Elle est à l’origine de nombreux effets à notre échelle humaine, même si, habituellement on la représente comme la force qui relie un corps astral avec son satellite (Terre <-> Lune , ou Soleil <-> Terre …) :

Lorsque l’on saute d’une marche d’escalier, la force qui nous accélère vers le bas est la force gravitationnelle. Même si, à proximité de la surface terrestre, on préfère parler de « force de pesanteur » (ou Poids).
Lorsque l’on soulève un objet lourd, celui-ci résiste et nous demande de forcer, pour compenser son Poids. C’est donc encore une manifestation (indirecte) de la force de gravitation.
Lorsque l’on reste longtemps assis, les compressions que l’on ressent au niveau des appuis sur la chaise sont dues aux forces de réaction, qui compensent notre Poids. C’est encore la force de gravitation qui en est à l’origine.

Pour exprimer la diversité de ces effets, on utilise définie plusieurs forces qui représentent mieux les actions mécaniques qui dérivent de cette force gravitationnelle. Ce sont :

Le Poids
La force de traction
La force de réaction

Action mécanique et force

Définition : une action mécanique est modélisée par un vecteur force qui possède les caractéristiques suivantes :

Point d’application (origine du vecteur). C’est un point du système soumis à la force.
Direction (la droite qui lui est parallèle) et sens (la flèche)
Une intensité (norme du vecteur Force: la longueur associée au vecteur). Elle s’exprime en Newton (N)

Exemple: Le poids $\overrightarrow{P}$ est une force:

verticale
dirigée vers le bas
d’intensité $P = m\times g$, g est l’intensité de pesanteur et vaut $9,81N.kg^{-1}$ sur Terre, à la latitude de Paris.

Lois de Newton

Troisieme loi de Newton: Principe des actions réciproques

Lorsque 2 systèmes A et B sont en interaction, c’est qu’ils agissent l’un sur l’autre à l’aide d’une action mécanique. On représente cette situation à l’aide de forces opposées :

A est soumis à une force $\overrightarrow{F_A}$ de la part du système B
B est soumis à une force $\overrightarrow{F_B}$ de la part du système A
$\overrightarrow{F_A}$ et $\overrightarrow{F_B}$ sont des vecteurs de normes égales, mais ils sont opposés, tels que : $\overrightarrow{F_A} + \overrightarrow{F_B} = \overrightarrow{0}$

Les exemples suivants vont permettre d’illustrer ce principe d’actions réciproques.

force de traction au point A subie par la fille de gauche	force de traction au point B subie par la fille de droite

Poids subi par la femme	force de réaction au sol subie par la femme

Deuxième Loi de Newton

Définition: Référentiel galiléen

C’est un référentiel dans lequel on peut appliquer le principe d’inertie

Bilan des interactions :

Le bilan, c’est la liste des interactions entre le système et l’extérieur (interactions fondamentales + de contact)
Quelles sont les forces ? TOUTES LES FORCES que subissent les objets dans un referentiel galiléen sont issues des interactions fondamentales : Force elctrostatique, Force de gravitation, Force de pesanteur.

Les forces de contact (reaction au support) sont une conséquence de ces intéractions.

Pour appliquer la seconde loi de Newton, on détermine la force résultante $\overrightarrow{F}$ de cette liste de forces subies par le système. C’est une somme vectorielle qui donne $\overrightarrow{F}$.

Enoncé de la 2nde loi:

Dans un référentiel galiléen, la résultante des forces appliquée à un système est égale au produit de la masse du systeme multiplié par le taux de variation temporel du vecteur vitesse:

$$\overrightarrow{F} = m\times \tfrac{\Delta \overrightarrow{v}}{\Delta t}$$

Avec la definition de l'accéleration vue dans le cours Cinétique, cela revient à écrire:

$$\overrightarrow{F} = m\times \overrightarrow{a}$$

Remarques

Effet de la masse

Lorsque Pedro souffle avec la même force sur chacune des 3 balles, de masses différentes, celle de plus petite masse a une accéleration plus importante.

Principe d’inertie

Pour un système isolé (soumis à aucune force ou des forces qui se compensent), l’accéleration est nulle. Ce système conserve sa vitesse, et son mouvement sera:

au repos s’il n’avait pas de vitesse à l’instant initial
rectiligne uniforme s’il avait une vitesse non nulle.

C’est aussi l’énoncé de la première loi de Newton.

mouvement parabolique

C’est le mouvement naturel de tout objet lancé avec une vitesse initiale. Alors, la force subie étant le Poids, de direction verticale, seule la vitesse verticale est modifiée. La vitesse horizontale reste constante, selon la première et seconde loi de Newton. Il en resulte cette trajectoire parabolique.

Allophysique