Actions mécaniques de contact ou à distance et leurs effets ; interaction ; diagramme objet-interaction ; force : point d’application, direction, sens et valeur en newtons ; dynamomètre ; représentation d’une force à l’échelle ; deux forces qui se compensent.
À propos de cette page
Cinq problèmes sur les forces : le chariot tiré à la corde, une mesure au dynamomètre de 0 à 10 N, la lecture puis le changement d’échelle d’un schéma, le sac de frappe suspendu à sa chaîne et le trombone attiré par un aimant.
5 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».
Résoudre un problème : la méthode
Je repère le système (l’objet étudié) et je fais la liste des objets qui le touchent, puis de ceux qui agissent à distance (la Terre toujours).
Je classe chaque action : de contact ou à distance ; je trace le diagramme objet-interaction si on me le demande.
Je modélise chaque action par une force : point d’application, direction, sens, valeur en N (avec les conversions mN, kN).
J’utilise l’échelle : longueur = valeur ÷ (newtons pour 1 cm), valeur = longueur × (newtons pour 1 cm).
Je conclus : un objet immobile soumis à deux forces les voit se compenser (même direction, sens opposés, même valeur).
Problème 1 · Le chariot tiré à la corde★★★Facile
Un enfant tire un chariot sur un sol horizontal, à l’aide d’une corde attachée à l’avant du chariot. On néglige l’action de l’air.
1. L’action de la corde sur le chariot est une action .
La corde touche le chariot : action de contact.
2. L’objet qui exerce sur le chariot une action à distance est la .
La Terre attire le chariot sans le toucher.
3. L’objet qui soutient le chariot par contact, vers le haut, est le .
Le sol touche les roues et soutient le chariot.
4. L’enfant touche la corde, mais pas le chariot. Le diagramme objet-interaction du chariot compte donc traits.
Corde et sol (traits pleins), Terre (trait pointillé) : 3 traits ; l’enfant n’y figure pas.
Problème 2 · Mesurer au dynamomètre★★★Facile
En classe, on accroche un objet à ce dynamomètre. L’objet s’immobilise ; voici la position de l’index.
1. Valeur de la force mesurée : N
Une petite graduation vaut 0,5 N ; l’index est une graduation après 6 : 6 + 0,5 = 6,5 N.
2. En millinewtons : mN
6,5 × 1 000 = 6 500 mN.
3. La plus grande valeur que ce dynamomètre peut mesurer, son calibre : N
Le calibre est de 10 N : accrocher plus abîmerait le ressort.
4. L’objet immobile subit deux forces : celle du dynamomètre et celle de la .
La Terre l’attire, à distance ; le crochet du dynamomètre le retient, par contact.
5. Valeur de la force exercée par la Terre sur l’objet : N
Objet immobile : les deux forces se compensent, même valeur, 6,5 N.
Problème 3 · Lire et refaire un schéma de forces★★★Moyen
Sur un schéma, une force est représentée par une flèche de 4,2 cm, avec l’échelle « 1 cm pour 25 N ».
1. Valeur de cette force : N
4,2 × 25 = 105 N.
2. En kilonewtons : kN
105 ÷ 1 000 = 0,105 kN.
3. Sur le même schéma, une force de 65 N se dessine sur cm.
65 ÷ 25 = 2,6 cm.
4. On refait le schéma avec l’échelle « 1 cm pour 50 N ». La flèche de cette même force mesure alors cm.
105 ÷ 50 = 2,1 cm : changer d’échelle ne change pas la force, seulement son dessin.
Problème 4 · Le sac de frappe★★★Moyen
Un sac de frappe est suspendu, immobile, au bout d’une chaîne accrochée au plafond d’une salle de boxe. La Terre l’attire avec une force de 300 N. On néglige l’action de l’air.
1. Le seul objet qui touche le sac est la .
Seule la chaîne touche le sac ; le plafond retient la chaîne.
2. La force exercée par la chaîne sur le sac vaut N.
Sac immobile soumis à deux forces : elles se compensent, 300 N.
3. Elle est verticale, dirigée vers le .
Sens opposé à celui de la force de la Terre : vers le haut.
4. À l’échelle 1 cm pour 100 N, chacune des deux flèches mesure cm.
300 ÷ 100 = 3 cm.
5. Pendant le coup de poing, le diagramme objet-interaction du sac compte traits pleins.
La chaîne et le poing touchent le sac : 2 traits pleins (et 1 trait pointillé pour la Terre).
Problème 5 · L’aimant et le trombone★★★Difficile
Un aimant droit est posé sur une table horizontale, à 3 cm d’un trombone en acier. Le trombone glisse vers l’aimant, puis reste collé contre lui. On néglige l’action de l’air.
1. Au départ, l’action de l’aimant sur le trombone est une action .
Ils ne se touchent pas encore : action à distance, magnétique.
2. Pendant la glissade, objets agissent sur le trombone.
La table (contact), la Terre et l’aimant (à distance) : 3 objets.
3. Une fois le trombone collé, une action de de l’aimant s’ajoute à l’action magnétique.
L’action magnétique continue ; comme l’aimant touche maintenant le trombone, une action de contact s’y ajoute.
4. Au départ, le trombone était immobile : l’effet de l’action de l’aimant sur lui est une .
Le trombone passe de l’immobilité au mouvement : mise en mouvement.
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