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Fiche de révision : Forces et deuxième loi de Newton
Le vecteur force et les forces usuelles (poids, réaction, tension, frottements, résistance de l’air, force motrice), le bilan des forces, les forces qui se compensent (objet immobile ou en mouvement rectiligne uniforme), les forces qui ne se compensent pas (la vitesse change de valeur ou de direction) et l’explication d’un mouvement en plusieurs phases.
Approfondissement Ce chapitre va au-delà du programme officiel de 3ᵉ : utile pour aller plus loin ou anticiper.
Forces : bilan, forces qui se compensent et mouvement
Fiche méthode
(Physique 3ᵉ · Mouvement et interactions · Modéliser une action par une force ; forces et mouvement)
La démarche pour tout exercice sur les forces
1. Je choisis le système et je liste ses forces : ce qui le touche, puis la Terre.
2. Je caractérise chaque force : point d’application, direction, sens, valeur ; je dessine à une seule échelle.
3. Je compare les sommes dans chaque sens : compensées → immobile ou rectiligne uniforme ; sinon → la vitesse change, du côté de celle qui l’emporte.
Cas 1 · Caractériser une force usuelle
Réflexe — qui l’exerce ? où ? quelle droite ? vers où ? combien ? Poids vertical vers le bas ; réaction perpendiculaire au support ; tension le long du fil ; frottements opposés au mouvement.
Exemple 1. Une ardoise est accrochée par une ficelle à un clou ; elle pend, immobile, sans toucher le mur.
Tension de la ficelle : appliquée au point d’attache, le long de la ficelle (verticale), vers le haut. Poids : au centre, vertical, vers le bas.
Exemple 2. Un bloc de bois glisse vers le bas d’un plan incliné.
Réaction du plan : perpendiculaire au plan. Frottements : parallèles au plan, vers le haut, opposés au mouvement.
Attention — sur une pente, la réaction n’est pas verticale ; le poids, si.
Cas 2 · Faire le bilan des forces
Réflexe — je liste « qui touche mon système ? », j’ajoute la Terre, une force par action (deux pour un support avec frottements).
Exemple 1. Un sac à dos est posé sur un banc.
Il touche le banc ; la Terre agit à distance : poids P (vers le bas) et réaction R du banc (vers le haut). Deux forces.
Exemple 2. Un volant de badminton en vol, après la frappe.
La raquette ne le touche plus : poids et résistance de l’air (importante pour un objet léger). Deux forces.
Attention — la main qui a lancé, la personne qui tire la corde n’agissent pas directement sur le système.
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Cas 3 · Utiliser des forces qui se compensent
Réflexe — immobile ou rectiligne uniforme → somme dans un sens = somme dans l’autre sens, sur chaque direction.
Exemple 1. Un camion roule tout droit à vitesse constante ; force motrice 9 000 N ; résistance de l’air 5 500 N. Frottements ?
Mouvement rectiligne uniforme : 9 000 = 5 500 + frottements, donc frottements = 9 000 − 5 500 = 3 500 N, vers l’arrière.
Exemple 2. Un pot de peinture de 45 N est soulevé à vitesse constante par une corde verticale.
Rectiligne uniforme : la tension compense le poids, 45 N, verticale, vers le haut.
Attention — à vitesse constante, il y a quand même des forces : elles se compensent.
Cas 4 · Prévoir l’effet de forces qui ne se compensent pas
Réflexe — je compare le sens de la force qui l’emporte au sens du mouvement : même sens → la vitesse augmente ; opposé → elle diminue ; de côté → la trajectoire tourne.
Exemple 1. Un kayak lancé glisse en ligne droite ; le kayakiste arrête de pagayer.
Plus de force motrice : seule la force de l’eau vers l’arrière agit à l’horizontale, opposée au mouvement : le kayak ralentit.
Exemple 2. Un vélo cargo vide et le même vélo cargo chargé, avec la même force motrice.
Le vélo chargé, de plus grande masse, prend de la vitesse plus lentement : inertie.
Attention — un objet lancé qui monte ne subit que son poids, vers le bas : pas besoin d’une force dans le sens du mouvement.
Cas 5 · Expliquer un mouvement en plusieurs phases
Réflexe — pour chaque phase : comment varie la vitesse ? → forces compensées ou non → sens de celle qui l’emporte.
Exemple. Une rame de métro démarre, roule à vitesse constante, puis freine à l’approche de la station.
Démarrage : la force motrice l’emporte. Vitesse constante : les forces se compensent. Freinage : les forces vers l’arrière l’emportent.
Attention — quand le parachute s’ouvre, le parachutiste ralentit mais continue de descendre.
Les pièges
- Écrire « il n’y a pas de force » pour un objet à vitesse constante : les forces se compensent.
- Ajouter une « force du lancer » à un objet en vol : la main ne le touche plus.
- Dessiner la réaction verticale sur une pente : elle est perpendiculaire au support.
- Compter les forces que le système exerce sur les autres : seules comptent celles qu’il subit.
- Croire qu’un mouvement circulaire à vitesse constante correspond à des forces qui se compensent.
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