Collège · 5ᵉ · Physique
Interactions et forces
Notion de force, actions mécaniques, représentation par un vecteur
À propos de cette page
Ce cours de physique en cinquième sur « Interactions et forces » suit le programme officiel de physique de cinquième. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Actions mécaniques : qui agit sur quoi ?, Actions de contact et actions à distance, Les effets d'une action mécanique, Modéliser une action par une force. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de cinquième à réussir en physique.
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Actions mécaniques : qui agit sur quoi ?
Définition. Une action mécanique est exercée par un objet, appelé l'acteur, sur un autre objet, appelé le receveur. On la nomme toujours en précisant les deux : « action du pied sur le ballon ».
Interaction. Toute action est réciproque : si l'objet A agit sur l'objet B, alors B agit aussi sur A. On parle alors d'interaction entre A et B.
Exemple. Quand tu appuies sur une table, tu exerces une action sur la table… et la table exerce en retour une action sur ta main : c'est pour cela que tu sens une résistance.
Attention ! Une phrase comme « il y a une force dans le ballon » n'a aucun sens. Une force n'est jamais contenue dans un objet : elle décrit l'action d'un objet sur un autre.
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Actions de contact et actions à distance
Règle. Une action est de contact si les deux objets se touchent. Elle est à distance s'ils n'ont aucun contact.
| Action | Type |
|---|---|
| la main qui pousse un chariot | contact |
| le sol qui soutient une chaise | contact |
| l'air qui freine un parachute | contact |
| la Terre qui attire une pomme | distance |
| un aimant qui attire un trombone | distance |
| un ballon frotté qui attire des cheveux | distance |
Astuce. Les trois actions à distance à connaître au collège sont la gravitation, le magnétisme et l'électricité statique. Toutes les autres passent par un contact, même quand ce contact est celui de l'air ou de l'eau.
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Les effets d'une action mécanique
Règle. Une action mécanique peut produire trois types d'effets : mettre en mouvement ou arrêter un objet, modifier sa vitesse ou sa trajectoire, ou le déformer.
| Situation | Effet observé |
|---|---|
| un gardien arrête le ballon | mise à l'arrêt |
| un joueur dévie le ballon de la tête | changement de trajectoire |
| une main comprime un ressort | déformation |
| le vent accélère un voilier | modification de la vitesse |
Attention ! Une action peut produire plusieurs effets en même temps : le pied du joueur déforme le ballon et le met en mouvement.
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Modéliser une action par une force
Définition. En physique, on modélise une action mécanique par une grandeur appelée force, notée $\vec{F}$. Elle possède quatre caractéristiques : un point d'application, une direction, un sens et une valeur.
| Caractéristique | Ce qu'elle indique | Exemple |
|---|---|---|
| point d'application | l'endroit où la force s'exerce | le centre du ballon |
| direction | la droite le long de laquelle elle agit | verticale, horizontale |
| sens | l'orientation sur cette droite | vers le bas, vers la droite |
| valeur | l'intensité, en newtons | $25$ N |
Attention ! Direction et sens ne sont pas synonymes en physique. La verticale est une direction ; « vers le haut » et « vers le bas » sont les deux sens possibles sur cette direction.
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Le newton et le dynamomètre
Unité. La valeur d'une force s'exprime en newtons, de symbole N, du nom d'Isaac Newton. On la mesure avec un dynamomètre, dont le ressort s'allonge d'autant plus que la force est grande.
| Unité | Symbole | Valeur en newtons |
|---|---|---|
| millinewton | mN | $1$ mN $= 0{,}001$ N |
| newton | N | $1$ N |
| kilonewton | kN | $1$ kN $= 1\,000$ N |
Exemple. $0{,}45$ kN $= 450$ N ; $1\,250$ mN $= 1{,}25$ N.
Astuce. Avant d'utiliser un dynamomètre, on le règle sur zéro à vide et on vérifie son calibre : mesurer $80$ N avec un appareil gradué jusqu'à $10$ N l'endommagerait.
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Représenter une force par un vecteur
Règle. On représente une force par une flèche (un vecteur) : son origine est le point d'application, sa droite donne la direction, sa pointe donne le sens, et sa longueur est proportionnelle à la valeur, selon une échelle précisée.
Exemple. Avec l'échelle « $1$ cm pour $10$ N », une force de $35$ N se dessine par une flèche de $3{,}5$ cm. Inversement, une flèche de $2{,}4$ cm représente $24$ N.
Attention ! Un schéma de force sans échelle indiquée est incomplet : la longueur de la flèche ne veut alors rien dire.
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Le diagramme objet-interaction
Méthode. Pour inventorier les actions subies par un objet : on entoure l'objet étudié, on entoure chaque objet qui agit sur lui, puis on relie par un trait plein les actions de contact et par un trait pointillé les actions à distance.
Exemple. Un livre posé sur une table subit deux actions : celle de la Terre (à distance, vers le bas) et celle de la table (contact, vers le haut). Comme le livre reste immobile, ces deux forces se compensent.
Astuce. Un objet immobile ou en mouvement rectiligne uniforme subit des forces qui se compensent. S'il accélère, ralentit ou tourne, c'est qu'elles ne se compensent pas.
En bref
- Une action mécanique s'exerce d'un objet sur un autre ; elle est toujours réciproque.
- Actions de contact (main, sol, air, eau) ou à distance (gravitation, magnétisme, électricité statique).
- Effets possibles : mettre en mouvement ou arrêter, modifier vitesse ou trajectoire, déformer.
- Une force a quatre caractéristiques : point d'application, direction, sens, valeur.
- Unité : le newton (N) ; instrument : le dynamomètre. $1$ kN $= 1\,000$ N, $1$ mN $= 0{,}001$ N.
- On dessine une force par une flèche, avec une échelle obligatoire.
- Forces qui se compensent ⇒ objet immobile ou en mouvement rectiligne uniforme.
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