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 : Qu'est-ce qu'une interaction ?, Actions de contact et actions à distance, La notion de force, Représentation d'une force par un vecteur. 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.
Au programme
1 · Qu'est-ce qu'une interaction ?
2 · Actions de contact et actions à distance
3 · La notion de force
4 · Représentation d'une force par un vecteur
5 · L'unité de force : le newton
6 · Mesure d'une force : le dynamomètre
7 · L'équilibre d'un objet soumis à plusieurs forces
8 · Exemples de forces usuelles
1Qu'est-ce qu'une interaction ?
Dans la vie courante, les objets agissent les uns sur les autres : un aimant attire une pièce métallique, la Terre retient un livre posé sur une table, une balle rebondit contre un mur. Ces actions mutuelles entre objets s'appellent des interactions.
Définition. Une interaction est une action réciproque entre deux objets A et B : si A exerce une action sur B, alors B exerce en retour une action sur A. On ne peut jamais séparer les deux partenaires d'une interaction.
Exemple. Un aimant A attire un clou B : c'est l'action de A sur B. Mais le clou B attire également l'aimant A (action de B sur A). L'interaction est donc symétrique.
En physique, on dit que deux objets sont en interaction quand chacun subit l'influence de l'autre. Pour étudier ces actions, on les modélise par des forces.
2Actions de contact et actions à distance
On distingue deux grandes catégories d'actions mécaniques selon que les objets se touchent ou non.
Action de contact. Les deux objets en interaction se touchent physiquement. Exemples : une main pousse une caisse, une corde tire un objet, le sol pousse un livre posé dessus.
Action à distance. Les deux objets interagissent sans se toucher. Exemples : la Terre attire tous les objets (gravité), un aimant attire un objet métallique, une charge électrique attire ou repousse une autre charge.
| Type d'action | Contact physique ? | Exemples |
|---|
| Contact | Oui | Poussée d'une main, traction d'une corde, frottement |
| Distance | Non | Gravité, magnétisme, électrostatique |
Attention ! Une action à distance peut traverser l'air, le vide et certains matériaux. La gravité, par exemple, agit même entre la Terre et la Lune à travers le vide de l'espace.
3La notion de force
Pour modéliser une action mécanique de manière précise et calculable, on utilise le concept de force.
Définition. Une force est le modèle d'une action mécanique exercée par un objet sur un autre. Elle est caractérisée par quatre éléments :
• un point d'application (là où la force s'applique sur l'objet),
• une direction (droite sur laquelle agit la force),
• un sens (vers le haut, vers le bas, à gauche…),
• une valeur ou norme (intensité de la force, mesurée en newton).
Une force peut modifier l'état d'un objet : elle peut le mettre en mouvement, l'arrêter, le déformer ou changer sa trajectoire.
Astuce. Retiens les 4 caractéristiques d'une force avec le mnémotechnique P.D.S.V. : Point d'application, Direction, Sens, Valeur.
4Représentation d'une force par un vecteur
Une force est une grandeur vectorielle : elle possède à la fois une direction, un sens et une valeur. On la représente par une flèche, appelée vecteur, notée en général F⃗.
Convention de représentation.
• La flèche part du point d'application de la force.
• La direction de la flèche indique la droite d'action de la force.
• Le sens de la flèche indique le sens de l'action.
• La longueur de la flèche est proportionnelle à la valeur de la force (on choisit une échelle, par exemple 1 cm → 10 N).
Exemple. Un livre pose sur une table. Le poids du livre est une force verticale, dirigée vers le bas, dont le point d'application est le centre du livre. On trace une flèche vers le bas depuis le centre du livre, dont la longueur est proportionnelle à la valeur du poids.
Attention ! Il faut toujours préciser l'échelle utilisée pour tracer les vecteurs forces sur un schéma. Sans échelle, la longueur de la flèche n'a pas de signification quantitative.
5L'unité de force : le newton
La valeur d'une force se mesure dans l'unité internationale appelée le newton, de symbole N, en hommage au physicien anglais Isaac Newton (1643-1727).
Unité. La force se mesure en newton (N). Les multiples courants sont :
• 1 kN (kilonewton) = 1 000 N
• 1 mN (millinewton) = 0,001 N
| Force | Valeur approximative |
|---|
| Poids d'une pomme (100 g) | ≈ 1 N |
| Poids d'un livre scolaire (500 g) | ≈ 5 N |
| Poids d'un élève de 50 kg | ≈ 500 N |
| Poussée d'un moteur de voiture | ≈ 10 000 N = 10 kN |
Astuce. Une force de 1 N correspond approximativement au poids d'un objet de 100 grammes (environ la masse d'une pomme). C'est une bonne référence pour estimer les ordres de grandeur.
6Mesure d'une force : le dynamomètre
Pour mesurer la valeur d'une force, on utilise un instrument appelé dynamomètre (ou pèse-dynamomètre).
Dynamomètre. Instrument de mesure d'une force. Il est composé d'un ressort dont l'allongement est proportionnel à la force appliquée. L'allongement est lu sur une graduation en newtons.
Le principe de fonctionnement repose sur la loi de Hooke : un ressort s'allonge proportionnellement à la force qui lui est appliquée. Plus la force est grande, plus le ressort s'allonge, plus la valeur lue sur le dynamomètre est élevée.
Exemple. Pour mesurer le poids d'un objet, on accroche cet objet au crochet du dynamomètre tenu verticalement. L'aiguille indique directement la valeur de la force en newtons.
Attention ! Il ne faut pas dépasser la valeur maximale indiquée sur le dynamomètre, au risque de déformer le ressort de façon permanente et de fausser les mesures futures.
7L'équilibre d'un objet soumis à plusieurs forces
Un objet peut être soumis simultanément à plusieurs forces. La situation dans laquelle il se trouve dépend de la somme de toutes ces forces.
Équilibre. Un objet est en équilibre (immobile ou en mouvement rectiligne uniforme) si et seulement si la somme vectorielle de toutes les forces qui s'exercent sur lui est nulle.
Pour deux forces opposées :
• Si les deux forces ont la même valeur, la même direction mais des sens contraires, elles se compensent : l'objet est en équilibre.
• Si elles n'ont pas la même valeur, ou si elles ne sont pas dans la même direction, l'objet n'est pas en équilibre : il se met à se déplacer ou à s'accélérer.
Exemple. Un livre posé sur une table est soumis à deux forces : son poids P⃗ (vers le bas) et la réaction du support R⃗ exercée par la table (vers le haut). Ces deux forces ont la même valeur, la même direction (verticale) mais des sens opposés. Leur somme est nulle : le livre est en équilibre.
Astuce. Pour vérifier l'équilibre de deux forces, trace-les à la même échelle : leurs flèches doivent avoir exactement la même longueur et être dans des sens opposés sur la même droite.
8Exemples de forces usuelles
En physique de collège, on rencontre fréquemment plusieurs types de forces.
| Nom de la force | Symbole | Nature | Direction / Sens |
|---|
| Poids | P⃗ | Action à distance (gravité terrestre) | Verticale, vers le bas |
| Réaction du support (normale) | R⃗ ou N⃗ | Action de contact | Perpendiculaire à la surface, vers l'objet |
| Tension d'un fil / corde | T⃗ | Action de contact | Dans la direction du fil, vers l'attache |
| Force de frottement | f⃗ | Action de contact | Opposée au mouvement ou à la tendance au glissement |
| Force magnétique | F⃗mag | Action à distance | Variable selon les pôles (attraction/répulsion) |
Le poids. Chaque objet à la surface de la Terre subit une force d'attraction exercée par la Terre : c'est le poids, noté P⃗. Son point d'application est le centre de gravité de l'objet, sa direction est verticale et son sens est dirigé vers le bas (vers le centre de la Terre).
★À retenir
En bref :
• Une interaction est une action réciproque entre deux objets (A agit sur B et B agit sur A).
• On distingue les actions de contact (les objets se touchent) et les actions à distance (gravité, magnétisme…).
• Une force est caractérisée par 4 éléments : point d'application, direction, sens, valeur.
• Une force se représente par un vecteur (flèche) dont la longueur est proportionnelle à sa valeur.
• L'unité de force est le newton (N), mesurée avec un dynamomètre.
• Un objet est en équilibre si la somme de toutes les forces exercées sur lui est nulle.