Ressources · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)

Fiche de révision : Mouvements et interactions

Action mécanique et force, caractéristiques et représentation à l’échelle ; diagramme objet-interactions et bilan des forces ; principe des actions réciproques ; forces exercées par un support et par un fil ; force d’interaction gravitationnelle et son écriture vectorielle ; poids, intensité de la pesanteur et g = G × M ÷ R².

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benprofparticulier.frPhysique-Chimie (2nde) · Seconde

Interactions : modéliser une action par une force

Fiche méthode

(Physique-chimie 2de · Mouvement et interactions · Modéliser une action sur un système)

La démarche pour étudier les forces exercées sur un système

1. Je définis le système et je l’entoure.

2. Je fais le DOI : la Terre en pointillés, puis tout ce qui touche le système en traits pleins ; un trait relié au système = une force.

3. Je caractérise chaque force : par sa formule (gravitation, poids) ou par la situation (support, fil, objet immobile).

4. Je représente et j’écris : flèche à l’échelle depuis le point d’application, vecteur avec son signe.

Le réflexe — une force = un acteur, un receveur, quatre caractéristiques ; sa réciproque s’applique à l’autre objet.

Cas 1 · Les quatre caractéristiques d’une force

Réflexe — point d’application, direction, sens, valeur ; longueur = valeur ÷ échelle.

Exemple. Un skieur nautique est tiré par la corde du bateau, horizontale, vers l’avant, avec 480 N. Longueur de la flèche à l’échelle 1 cm pour 120 N ?

Point d’application : la poignée, tenue par les mains ; direction horizontale ; sens vers l’avant ; 480 ÷ 120 = 4,0 cm.

Attention — la valeur d’une force est en newtons, jamais en kilogrammes.

Cas 2 · Diagramme objet-interactions

Réflexe — Terre en pointillés, chaque objet qui touche en trait plein, un trait = une force.

Exemple. Système {montgolfière} en vol, air pris en compte.

Terre (pointillés), air (trait plein) : deux forces, le poids et la force exercée par l’air.

Attention — un objet qui ne touche pas le système (le sol sous le panier) n’est pas relié.

Cas 3 · Trouver la force réciproque

Réflexe — j’échange acteur et receveur ; même droite, même valeur, sens opposé.

Exemple. Un aimant exerce sur un clou une force de 0,30 N vers la gauche. Réciproque ?

${\vec{F}}_{clou/aimant}$ : appliquée à l’aimant, même droite, 0,30 N vers la droite.

Attention — deux forces réciproques ne figurent jamais dans le même bilan.

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Cas 4 · Support et fil

Réflexe — support : centre de la surface de contact, vers l’objet ; fil : point d’attache, vers le fil.

Exemple. Un cadre de 2,0 kg pend, immobile, à un fil vertical (g = 9,81 N/kg). Force du fil ?

Elle compense le poids : verticale, vers le haut, $T = P = 2, 0 \times 9, 81 \approx$ 19,6 N.

Attention — sans frottement, la force du support est perpendiculaire au support.

Cas 5 · Force gravitationnelle

Réflexe — kg, m, $d$ entre les centres, le carré ; vecteur : signe « − » devant ${\vec{u}}_{A B}$ .

Exemple. Un satellite de 2,03 × 10³ kg est à 20 200 km d’altitude. Force exercée par la Terre ?

$d = 6, 37 \times 10^{6} + 2, 02 \times 10^{7} = 2, 657 \times 10^{7}$ m ; $F = 6, 67 \times 10^{- 11} \times \frac{5, 97 \times 10^{24} \times 2, 03 \times 10^{3}}{(2, 657 \times 10^{7})^{2}} \approx$ 1,15 × 10³ N.

Attention — $d = R + h$ , jamais $h$ seul ; et $d$ est au carré.

Cas 6 · Poids et intensité de la pesanteur

Réflexe — $m g = G \frac{M m}{R^{2}}$ donc $g = G \frac{M}{R^{2}}$ ; puis $P = m g$ .

Exemple. Calculer g à la surface de Triton, lune de Neptune (M = 2,14 × 10²² kg ; R = 1,353 × 10⁶ m).

$g = 6, 67 \times 10^{- 11} \times \frac{2, 14 \times 10^{22}}{(1, 353 \times 10^{6})^{2}} \approx$ 0,780 N/kg.

Attention — la masse ne change pas d’un astre à l’autre ; le poids, si.

Les pièges

Donner une valeur de force en kg, ou confondre masse et poids.
Relier au système un objet qui ne le touche pas, ou oublier la Terre dans le DOI.
Mettre deux forces réciproques dans le même bilan, ou les croire « compensées ».
Tracer la force d’un fil vers l’objet (un fil tire) ou celle d’un support sans frottement non perpendiculaire.
Prendre $d = h$ , garder des km ou oublier le carré dans $G \frac{m_{A} m_{B}}{d^{2}}$ .

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À propos de cette page

La fiche méthode tient en deux pages : la démarche en quatre étapes (système, DOI, caractéristiques, représentation) et un exemple corrigé par partie, du skieur nautique tiré par la corde du bateau à l’intensité de la pesanteur sur Triton, avec les pièges classiques : kilogrammes au lieu de newtons, d = h, forces réciproques mises dans un même bilan.

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