Physique-Chimie 2de

Rejoignez la communauté !
Co-construisez les ressources dont vous avez besoin et partagez votre expertise pédagogique.
1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Identification des espèces chimiques
Ch. 2
Composition des solutions aqueuses
Ch. 3
Dénombrer les entités
Ch. 4
Le noyau de l’atome
Ch. 5
Le cortège électronique
Ch. 6
Stabilité des entités chimiques
Ch. 7
Modélisation des transformations physiques
Ch. 8
Modélisation des transformations chimiques
Ch. 9
Synthèse de molécules naturelles
Ch. 10
Modélisation des transformations nucléaires
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Décrire un mouvement
Ch. 13
Principe d’inertie
3. Ondes et signaux
Ch. 14
Émission et perception d’un son
Ch. 15
Analyse spectrale des ondes lumineuses
Ch. 16
Propagation des ondes lumineuses
Ch. 17
Signaux et capteurs
Méthode
Fiches méthode
Fiches méthode compétences
Annexes
Chapitre 12
Cours

Modéliser une action sur un système

18 professeurs ont participé à cette page
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

1
Actions mécaniques et forces

Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

A
Pourquoi modéliser une action par une force ?

Un corps \text{A} exerce une action mécanique sur un corps \text{B} s'il est capable de provoquer ou de modifier un mouvement du corps \text{B} ou encore de le déformer.

Exemple : une footballeuse tirant au but (doc. 1) exerce une action mécanique sur le ballon puisqu'elle provoque sa mise en mouvement.

On modélise une telle action mécanique par une force \vec{F}_{\mathrm{A}/\mathrm{B}} représentée par un vecteur qui possède les trois caractéristiques suivantes :
  • une norme notée F_{\mathrm{A} / \mathrm{B}}. Il s'agit de la valeur de la force, qui s'exprime en newton (N) ;
  • une direction ;
  • un sens.

En mécanique du point, le système étudié (ici, le corps \text{B}) est modélisé par un unique point ; c'est le modèle du point matériel.


Dans le cadre de ce modèle, la force s'applique toujours au niveau du point matériel.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Doc. 1

Placeholder pour Ada HegerbergAda Hegerberg
Le zoom est accessible dans la version Premium.

Ada Hegerberg, ballon d'or féminin 2018, s'apprêtant à frapper la balle.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Doc. 2
Mesurer une force

Dynamomètre
Le zoom est accessible dans la version Premium.
La mesure d'une force s'effectue à l'aide d'un dynamomètre.

Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

B
Deux types de force

Les actions mécaniques peuvent être séparées en deux catégories : les actions de contact et les actions à distance.

Si les deux corps doivent être en contact pour que l'action ait lieu, alors il s'agit d'une action de contact.


Exemple : l'action qu'exerce une footballeuse sur le ballon lors d'un tir ou l'action qu'exerce la route sur les roues d'une voiture sont des actions de contact. Dans le second cas, une partie de cette action mécanique peut être modélisée par une force de frottement.

Si une action a lieu, même lorsque les deux corps ne sont pas en contact, alors il s'agit d'une action à distance.

Exemple : l'action qu'exerce la Terre sur la Lune, l'action d'un aimant sur certains métaux comme le fer sont des actions à distance. Les deux forces modélisant ces actions sont appelées respectivement force d'interaction gravitationnelle et force d'interaction électromagnétique.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Éviter les erreurs

  • Attention à ne pas confondre \vec{F}_{\mathrm{A} / \mathrm{B}} et F_{\mathrm{A} / \mathrm{B}} et veiller à les utiliser correctement.
  • La norme de \vec{F} peut aussi être appelée intensité de la force \vec{F}.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Doc. 3
Une action de contact

Vecteur force au foot
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Exemple de vecteur force au foot.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

C
Principe des actions réciproques

Lorsqu'un corps \text{A} exerce sur un corps \text{B} une force \vec{F}_{\mathrm{A} / \mathrm{B}}, alors \text{B} exerce sur \text{A} une force \vec{F}_{\text{B/A}} telle que : \vec{F}_{\mathrm{B} / \mathrm{A}}=-\vec{F}_{\mathrm{A} / \mathrm{B}}.

La force \vec{F}_{\text{B/A}} a donc ainsi :
  • la même direction que \vec{F}_{\mathrm{A} / \mathrm{B}} mais ils sont portés par la même droite d'action ;
  • le sens opposé de celui de \vec{F}_{\mathrm{A} / \mathrm{B}} ;
  • la même valeur : {F}_{\mathbf{B} / \mathbf{A}}=F_{\mathbf{A} / \mathbf{B}}.

Ce principe est également appelé la troisième loi de Newton.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Vocabulaire

  • Force de frottement : force de contact d'un corps avec un fluide (liquide, gaz) ou avec une surface solide et qui s'oppose au mouvement de ce corps.
  • Système : ensemble de matière que l'on sépare par la pensée du reste de l'univers (appelé milieu extérieur).
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Pas de malentendu

  • \overrightarrow{F_{\,}}_{B/A}= - \overrightarrow{F_{\,}}_{A/B} de la troisième loi de Newton n'implique pas que les points d'application des deux forces sont identiques.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

2
Exemples de forces caractéristiques

Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

A
Poids

À proximité de la surface d'un astre tel que la Terre, tout corps de masse m est soumis à une force dite de pesanteur. C'est cette force, aussi appelée poids, qui est à l'origine de la chute des objets.

Au point de l'espace où se trouve le corps, le poids peut être modélisé par un vecteur \vec{P} ayant pour caractéristiques :
  • une valeur : P=m \cdot g, exprimée en newton (N),
    la masse m s'exprimant en kilogramme (kg),
    et avec g, l'intensité de la pesanteur (N·kg-1) ;
  • une direction : verticale (du lieu considéré) ;
  • et un sens : du haut vers le bas.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Éviter les erreurs

  • Ne pas confondre g et G (constante universelle de gravitation) : ces deux grandeurs n'ont ni la même valeur, ni la même unité.
  • Parfois on nomme g « accélération de la pesanteur » et g peut ainsi être exprimée en m\cdots-2.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Données

Au niveau de la surface terrestre g = 9,81 N\cdotkg-1.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

B
Forces exercées par un support

Un corps de masse m reposant sur un autre corps (appelé support) exerce sur ce support des forces de contact. D'après la troisième loi de Newton, ce support exerce alors une force appelée réaction du support.

Dans le cas d'un corps immobile sur lequel ne s'exerce que le poids et la force exercée par le support, la force \vec{R} compense exactement le poids de ce corps : \vec{R}=-\vec{P}.

Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Doc. 4
Réaction du support


Force exercée par un support.
Le zoom est accessible dans la version Premium.

Force exercée par un support.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

C
Force d'interaction gravitationnelle

Au point de l'espace où se trouve un corps \text{B}, on modélise l'attraction exercée par un corps \text{A} sur ce corps \text{B} par un vecteur \vec{F}_{\mathrm{A} / \mathrm{B}} ayant pour caractéristiques :
  • une valeur : F_{\mathrm{A} / \mathrm{B}}=G \cdot \dfrac{m_{\mathrm{A}} \cdot m_{\mathrm{B}}}{d^{2}}, exprimée en newton (N),
    les masses m_{\mathrm{A}} et m_{\mathrm{B}} s'exprimant en kilogramme (kg),
    la distance d s'exprimant en mètre (m),
    et avec G, la constante universelle de gravitation, ayant pour valeur G= 6,67 \times 10-11 N\cdotm2\cdotkg-2.
  • une direction : la droite passant par les centres des corps \text{A} et \text{B} ;
  • et un sens : de \text{B} vers \text{A} (car il s'agit d'une force attractive).

Remarque
En première approximation, à la surface de la Terre, la force d'attraction gravitationnelle exercée par la Terre et le poids de ce corps sont deux forces égales :
\vec{P} \simeq \vec{F}_{\text {Terre} / \text {corps}} (doc. 5).

Alors m \cdot g = G \cdot\dfrac{m \cdot m_{\text{T}}}{R_{\text{T}}^{2}} soit g= G\cdot\dfrac{m_{\text{T}}}{R_{\mathrm{\text{T}}}^{2}}
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Vocabulaire

  • Masse : propriété fondamentale d'un corps qui rend compte de la quantité de matière de ce corps et qui ne dépend pas de l'endroit où il se trouve.
  • Poids : force exercée par un astre (la Terre, la Lune, etc.) sur un corps massif, qui dépend de la masse de ce corps et de l'intensité de la pesanteur à l'endroit où se trouve le corps.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Pas de malentendu

  • Un corps proche de la surface de la Terre n'est pas soumis à la fois à son propre poids et à la force d'attraction gravitationnelle. Le poids est l'expression de la force d'attraction gravitationnelle de la Terre près de sa surface.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Application

  • Déterminer l'expression littérale de g pour un corps de masse m situé à une altitude h de la surface terrestre, en fonction de h, G, du rayon terrestre R_{Terre} et de la masse de la Terre m_{Terre}.
  • Donner et commenter la valeur numérique de g au Machu Picchu.

Corrigé
P\simeq F_{Terre/corps} d'où m \cdot g \simeq G \cdot \dfrac{m \cdot m_{Terre}}{(R_{Terre}+h)^2}.
On obtient ainsi g \simeq G \cdot \dfrac{m_{Terre}}{(R_{Terre}+h)^2} en simplifiant par m, non nul.

Au Machu Picchu, g \simeq \dfrac{6{,}67\times 10^{-11} \times 5,97 \times 10^{24}}{(6{,}37\times 10^6 + 2\ 438)^2}=9{,}81 N·kg-1.
Elle est égale à la valeur de g au niveau de la mer.

Retrouvez expliquant le lien entre poids et gravitation.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Doc. 5
Le poids sur Terre

Le poids sur Terre
Le zoom est accessible dans la version Premium.

Une erreur sur la page ? Une idée à proposer ?

Nos manuels sont collaboratifs, n'hésitez pas à nous en faire part.

Oups, une coquille

j'ai une idée !

Nous préparons votre pageNous vous offrons 5 essais
collaborateur

collaborateurYolène
collaborateurÉmilie
collaborateurJean-Paul
collaborateurFatima
collaborateurSarah
Utilisation des cookies
Lors de votre navigation sur ce site, des cookies nécessaires au bon fonctionnement et exemptés de consentement sont déposés.