Chap10 : Actions sur un système
I - Généralités
1) Action
Une action est toujours exercée par un objet sur un autre objet.
Lorsqu'un objet A exerce une action sur un objet B alors, l'objet B exerce également une action sur l'objet A. On dit que l'objet A et l'objet B sont en interaction.
On distingue les interactions de contact et les interactions à distance.
2) Modélisation d'une action par une force
On modélise une action par un vecteur que l'on appelle une force.
La force exercée par un objet A sur une objet B sera notée \(\vec F_{A/B}\).
Une force se caractérise par : une direction, un sens, une intensité.
L'intensité de la force \(\vec F\) se note \(F\) et s'exprime en newton \(\pu{N}\).
La représentation d'une force se fait comme en mathématiques, par une flèche.
L'origine de la force est appelé point d'application de la force :
- - pour une action à distance, l'origine est le "centre" du système qui subi la force ;
- - pour une action de contact, l'origine est le "centre" de la zone de contact.
3) Propriétés des actions réciproques
Lorsque deux objets A et B sont en interaction, la force \(\vec F_{A/B}\) (qui modélise l'action exercée par l'objet A sur l'objet B) et la force \(\vec F_{B/A}\) (qui modélise l'action exercée par l'objet B sur l'objet A) ont les caractéristiques suivantes :
- - même direction : la droite (AB)
- - sens opposés
- - même intensité : \(F_{A/B} = F_{B/A}\)
4) Étude d'un système
Lorsqu'on étudie un système, on ne s'intéresse qu'aux actions subies par ce système.
II - Quelques forces particulières
1) Frottement
La force qui modélise un frottement a les caractéristiques suivants :
- - direction : parallèle à la direction du mouvement qu'aurait le système sans le frottement ;
- - sens : opposée au mouvement qu'aurait le système sans le frottement.
En général, on note cette force \(\vec f\).
Exemple : force de frottement exercée par le sol sur l'armoire.
2) Action du support (sans le frottement)
La force qui modélise l'action d'un support (sans le frottement) a toujours les caractéristiques suivantes :
- - direction : perpendiculaire au support ;
- - sens : du support vers le système.
En général, on note cette force \(\vec N\).
Exemple : action du sol (sans le frottement) sur l'armoire.
3) Action d'un fil
La force qui modélise l'action d'un fil sur un objet a les caractéristiques suivantes :
- - direction : parallèle au fil
- - sens : de l'objet vers le fil
4) Action de la Terre : le poids
Le poids est le nom donné à la force qui modélise l'action à distance exercée par la Terre sur un objet qui l'entourent. On le note \(\vec P_{obj}\).
Ses caractéristiques sont :
- - direction : verticale
- - sens : vers le bas
Propriété :
L'intensité \(P\) du poids est proportionnelle à la masse \(m\) de l'objet.
On a la relation \(P = m × g\) où g est l'intensité de la pesanteur (à la surface de la Terre \(g = \pu{9,8 N}\)).
III - Loi de la gravitation
1) Énoncé de la loi
Considérons deux objets A et B, de masses respectives \(m_A\) et \(m_B\). Ces deux objets s'attirent mutuellement : c'est l'interaction gravitationnelle.
La force gravitationnelle exercée par un objet A sur un objet B a les caractéristiques suivantes :
- - direction : la droite AB
- - sens : de B vers A
- - intensité : \(F_{A/B} = G·\dfrac{m_A·m_B}{AB^2}\)
\(G\) est la constante universelle de gravitation. \(G = \pu{6,67E-11 N*m2*kg-2}\)
Remarque : \(F_{A/B} = F_{B/A}\)
2) Lien entre la gravitation et le poids
Avec une bonne approximation, on peut considérer que les poids d'un objet est égal à la force gravitationnelle exercée par la Terre sur cet objet.