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Force
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Exercices

1/ L'inertie est le fait de continuer son mouvement en ligne droite et à la même vitesse si rien ne s'y oppose.

Comprendre

Inertie d'une balle

S'il n'y a pas de force qui s'appliquent sur l'objet(ou que différentes forces s'annulent) un objet va conserver sa quantité de mouvement. Dans le langage courant, on parle d'inertie quand les choses continuent d'être comme avant malgré le temps qui passe.

L'inertie est le fait pour un objet de conserver son état tant qu'aucune force ne s'exerce sur lui. Un objet qui avance à une vitesse constante continuera tant qu'aucune force ne s'exerce sur lui.Une fois que ton vaisseau spatial a une certaine vitesse, il continuera tout droit tant que rien ne l'en empêchera. Si un objet est arrête, il le restera tant que rien ne lui donne une certaine vitesse.

Appliquer

Exemples d'inertieCours inertie animé Video inertie

Dans certains référentiels tournant, le principe d'inertie ne s'applique pas. On a donc donné un nom aux référentiels dans lesquels l'inertie s'applique: ce sont les référentiels galiléens. Ce nom vient du fait que Galilée a travaillé à l'étude des vitesses et de la relativité du mouvement.

1/ Exercices

Comprendre

1/ Galilée et l'inertie 
(15 mn)
Dialogue sur les deux grands systèmes du monde, Galilée (1632)

SALVIATI: Supposez une surface plane, polie comme un miroir, faite d'un matériau dur comme l'acier, et qui ne soit pas parallèle à l'horizon, mais légèrement inclinée; vous posez dessus une bille parfaitement sphérique, d’un matériau lourd et très dur, en bronze par exemple; si vous abandonnez la bille à elle-même, que croyez-vous qu'elle fasse? […]
SIMPLICIO: Je ne crois pas qu'elle resterait immobile; je suis certain au contraire que spontanément elle irait dans le sens de la pente.
SALVIATI: Oui bien sûr. Pendant combien de temps la bille continuerait-elle à se mouvoir et à quelle vitesse? Faites bien attention : j'ai parlé d'une bille parfaitement ronde et d'un plan soigneusement poli, afin d'écarter tous les obstacles extérieurs et accidentels; je veux aussi que vous fassiez abstraction de l'obstacle de l'air et de la résistance qu'il oppose à se laisser ouvrir, ainsi que de tous les autres obstacles accidentels qui peuvent se présenter.
SIMPLICIO: J'ai bien compris; à votre question je réponds que la bille continuerait à se mouvoir à l'infini, du moins tant que durerait l'incli1naison du plan; son mouvement serait continuellement accéléré, car la nature des corps lourds en mouvement est telle que ils acquièrent des forces en avançant ; et plus la pente serait forte, plus la vitesse serait grande.
SALVIATI: Supposons maintenant que, sur la même surface, on veuille que la bille aille vers le haut: croyez-vous qu'elle le puisse?
SIMPLICIO: Pas spontanément; elle n'ira vers le haut que si on la tire ou la lance violemment.
SALVIATI: Et si on la poussait en lui imprimant violemment un élan, quelles seraient la qualité et la grandeur de son mouvement?
SIMPLICIO: Le mouvement s'affaiblirait et ralentirait constamment parce qu'il est contraire à la nature; il durerait plus ou moins longtemps selon la grandeur de l’impulsion donnée et selon la pente de la surface.

SALVIATI : […] Mais dites-moi ce qui arriverait à un mobile sur une surface qui ne monterait ni ne descendrait.
SIMPLICIO: Il me faut ici réfléchir un peu. Puisqu'il n'y a pas de pente vers le bas, il ne peut y avoir inclination naturelle au mouvement, et, puisqu'il n'y a pas de pente vers le haut, il ne peut y avoir non plus de résistance au mouvement; le mobile se trouverait donc indifférent entre la propension et la résistance au mouvement : il me semble par conséquent qu'il devrait naturellement rester arrêté.
SALVIATI : Je suis d'accord, pourvu que la bille soit posée à l'arrêt sur le plan; mais si on lui donnait de l'élan dans une certaine direction, que se produirait-il ?
SIMPLICIO: Elle irait dans cette direction.
SALVIATI : Mais avec quelle sorte de mouvement? Avec un mouvement continuellement accéléré, comme sur le plan descendant, ou bien avec un mouvement de plus en plus retardé comme sur le plan montant?
SIMPLICIO: Je n'arrive pas à trouver de cause ni d'accélération ni de ralentissement, puisqu'il n'y a ni montée ni descente.
SALVIATI : Oui. Mais s'il n'y a pas de cause de ralentissement, encore moins devrait-il y avoir de cause de repos: combien de temps, à votre avis durerait son mouvement ?
SIMPLICIO: Aussi longtemps que durerait la longueur de la surface, sans monter ni descendre.
SALVIATI : Si donc l'on supposait cet espace sans fin, le mouvement sur cet espace serait également sans fin , c’est-à-dire perpétuel ?
SIMPLICIO : Il me semble que oui, pourvu que le mobile soit d'un matériau qui puisse durer.

Qu’a voulu démontrer Galilée en écrivant ce dialogue ? Résume sa conclusion en une phrase.

Il a voulu démontrer le principe qu'on appellera plus tard inertie, c'est à dire qu'un corps va avoir tendance à continuer son mouvement si rien ne l'arrête.

D’après toi, le mouvement perpétuel existe-t-il ? Justifie ta réponse ?

Le mouvement perpétuel existe dans l'espace car il suffit pour l'observer d'avoir un objet lancé qui ne subit aucune force qui l'arrête ou le dévie. Il est rendu difficile sur Terre par les frottements des fluides qui nous entourent(l'air, l'eau...)

2/ Une force peut modifier la vitesse et la trajectoire d'un corps.

Comprendre

points trajectoire vitesse calculchronophotographie ballon basketChute de Pise
Une force s'exprime en Newton.
Trajectoire et intensité de la force Trajectoire et vitesse initiale Cours vitesse instantanée

En physique, lorsqu'un corps agit sur un système, on parle d’action mécanique ou de force. Une force représente l'action qui peut changer le mouvement d'un objet.

Interaction
Deux corps sont en interaction si le mouvement de l'un dépend de la présence de l'autre et réciproquement.
On appelle action mécanique une action capable de modifier le mouvement (trajectoire et/ou vitesse ) d'un corps. On distingue les actions de contact, qui nécessitent un contact entre deux corps, et les actions à distance qui ne nécessitent aucun contact. Un footballeur tapant dans un ballon (action mécanique de contact)
Un parachutiste tombant en chute libre (action mécanique à distance)

Appliquer

Vitesse et durée Centre d'inertie Jeu inertie Phet et mouvement

Quand un corps va à une vitesse constante (ou qu'il est immobile), cela signifie que la somme des forces qui s'exercent sur lui est nulle. Par exemple, il est autant attiré par le bas par la gravité qu'il est poussé vers le haut par la gravité.

2/ Exercices

Analyse

2/ Tapis roulant 
(8 mn)->Géométrie /8

La vitesse par rapport au sol d'un tapis roulant est constante égale à 5 km/h . Tu montes sur le tapis.Quelle est ta vitesse par rapport au sol et au tapis...

si tu es immobile sur le tapis

Vitessesol = 5 km/h Vitessetapis = 0 km/h

si tu marches en sens contraire du tapis à la vitesse de 2 km/h.

Vitessesol = 5 - 2 = 3 km/h Vitessetapis = - 2 km/h (on a considéré que le tapis allait dans le sens positif)

si tu marches dans le sens du tapis à la vitesse de 2 km/h.

Vitessesol = 5 + 2 = 7 km/h Vitessetapis = 2 km/h

Quelle est le temps mis pour parcourir, dans chaque cas, un couloir de 100 m.

v=d/t donc t=d/v
Premier cas = 100m / 5000m/h = 0,02h = 1mn et 12s
Second cas = 100m / 3000m/h = 0,033h = 2mn
Troisième cas = 100m / 7000m/h = 0,014h = 51s

3/ Une force se représente par une flèche partant du point d'application dont la longueur dépend de l'intensité de la force.

Comprendre

verteur forces mototrajectoire force mercureSi les humains volaientReprésenter une force Force centrifuge Flottaison et force

La valeur d’une force se mesure avec un dynamomètre. Une force est modélisée par un segment fléché qu'on pourra appeler vecteur. Chaque vecteur possède les 4 caractéristiques des forces mentionnés au dessus.
Mathématiquement, on représente une force par un vecteur, appelé « vecteur force » noté F surmonté d'une flèche. La flèche sur le F rappelle qu'en plus de sa valeur, la force possède une direction et un sens.

Appliquer

Direction
C'est une droite sur laquelle on peut se déplacer dans un sens ou dans l'autre.Exemples: Paris-Toulouse ou vertical
Sens
Indique vers quelle extrémité on parcourt une direction Exemples:vers le bas ou vers Toulouse
vecteurs force
Représenter une force

On représente une force grâce à une flèche (qu'on appelle aussi vecteur). Cette flèche part de l'endroit où s'applique la force et elle indique par sa direction et son sens vers où la force est dirigée.Plus la flèche sera longue, plus la force sera grande. Habituellement, une échelle est donnée pour permettre de déduire la valeur de la force à partir de la longueur de la flèche.
Pour schématiser une force, on a donc besoin de connaître:
son point d'application
sa direction
son sens
son intensité(on dira sa norme en mathématique).

Mathématiquement, on représente une force par un vecteur, appelé « vecteur force » noté F surmonté d'une flèche. La flèche sur le F rappelle qu'en plus de sa valeur, la force possède une direction et un sens.
Pour une action mécanique de contact, le point d’application se situe au point de contact entre le donneur et le receveur. Pour la gravité, le point d’application se situe au centre de gravité du receveur.

3/ Exercices

Appliquer

3/ Le prestige de l'uniformeImage 
(10 mn)
trajectoire centre gravité objet vitesse constante

Sur la chronophotographie, le point bleu représente le centre de gravité de l'objet pris en photo tous les dixièmes de seconde.

Quels sont les deux adjectifs décrivant le mouvement du centre de gravité de l'objet ci-dessous ?

Le mouvement est rectiligne et uniforme

Quelle est la formule de la vitesse ?

vitesse = distance / temps => v =d/t

Calcule la vitesse pour les points 2 et 6 sachant que l'intervalle entre chaque photo est de 0,1s.

Pour le point 2, on va mesurer la distance entre le point 1 et 3, on trouve 6 cm. Cette distance a été parcourue en deux photos, c'est à dire 0,2s. v = 6cm/0,2s = 30cm/s
On trouvera exactement le même résultat pour le point 6, ce qui est logique car le mouvement est uniforme (la vitesse est constante).

3/ Chute vraiment libreImage 
(8 mn)
trajectoire centre gravité objet chute libre

On a ici une chronophotographie dont l'intervalle de temps entre chaque photo est de 0,1s.

Trace les vecteurs vitesses aux points 2, 8 et 14. (avec pour échelle 10cm/s = 1cm)

Pour le point 2, on va mesurer la distance entre le point 1 et 3, on trouve 7,2 cm. Cette distance a été parcourue en deux photos, c'est à dire 0,2s. v = 7,2cm/0,2s = 36cm/s
Même manipulation pour le point 8 v = 6,3cm/0,2s = 31,5cm/s
Même manipulation pour le point 15 v = 7,8cm/0,2s = 39cm/s

Pourquoi peut-on être sûr qu'une force est appliquée sur l'objet ?

On voit que l'objet n'a pas un mouvement rectiligne et uniforme, comme l'inertie le prédirait si aucune force ne s'appliquait sur lui. S'il change de direction, il y a donc une force qui s'applique sur lui.

Donne son point d'application, sa direction et son sens et nomme cette force.

La force s'applique sur le centre de gravité de l'objet, verticalement et vers le bas car on voit que l'objet va etre dévié vers le bas.La force qui fait tomber les objets s'appelle la pesanteur ou le poids.

4/ Plus la masse d'un corps est importante, plus son inertie l'est aussi.

Comprendre

Sera-t-il plus facile d'arrêter un camion ou une mouche qui vont à la même vitesse? Ils n'ont pas la même inertie (ou quantité de mouvement) et cela fait que les efforts pour faire changer le camion de vitesse ou de direction vont être bien plus importants. L’effet d’une force sur un système dépend de la masse du système. Plus la masse est faible et plus l’effet de la force est important. Au rugby, il est plus facile de plaquer un joueur de 80kg plutôt qu'un de 120 kg car ce dernier a une plus grande inertie.

Appliquer

Inertie, force et véloAcceleration et inertie Orbite et inertie

La masse d’un palet de curling est de 20 kg alors que celle d’un palet de hockey sur glace est d’environ 200 g.
On met en mouvement les deux palets, initialement posés sur une patinoire, en y appliquant une même force. La masse du palet de curling est supérieure à celle du palet de hockey sur glace. Le palet de hockey acquiert donc une vitesse plus grande que celle du palet de curling.

4/ Exercices

Appliquer

4/ En chariotAnimation 
(5 mn)

Quel est le lien entre la masse d'un objet et la vitesse qu'il peut acquérir pour une force donnée? Justifie tes explications par des faits observables.