Interactions et forces - Physique - 3ème

Interactions et forces - Physique - 3ème

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Interactions et forces - Physique - 3ème

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Lors d’un mouvement, des actions ont lieu, ce qui signifie que des forces s’exercent sur les objets. Nous allons voir dans cette fiche comment étudier les interactions et les forces qui s’exercent sur un objet en mouvement.

PRÉREQUIS

  • Définitions : mouvement, trajectoire, vitesse ;
  • Savoir caractériser un mouvement (trajectoire et vitesse) ;
  • Savoir calculer une vitesse ;
  • Savoir calculer le poids en fonction de la relation P = m x g

OBJECTIFS

  • Distinguer une action à distance et une action de contact ;
  • Identifier les actions s’appliquant à un objet ;
  • Caractériser une force par un point d’application, une direction, un sens et une valeur ;
  • Savoir représenter ces forces par un segment fléché.

I. QU’EST-CE QU’UNE INTERACTION ?

Avant de pouvoir établir un diagramme objet-interaction ou de représenter une force, il faut bien comprendre ce qu’est une interaction.

DÉFINITION : Interaction. Une interaction est une action réciproque entre deux objets.

On distingue des interactions à distance ou de contact. Une interaction peut être attractive ou répulsive. Dans ce tableau, tu trouveras les différents types d’interaction avec un exemple à chaque fois :

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II. COMMENT RECENSER LES INTERACTIONS QUI S’EXERCENT SUR UN OBJET ?

A. Le diagramme objet-interaction

Le diagramme objet-interaction a pour objectif de recenser toutes les actions mécaniques (interactions) qui s’exercent sur un objet. Voici la méthode que tu peux appliquer :

  1. Identifier l’objet étudié et le placer au centre du diagramme ;
  2. Recenser toutes les interactions qui s’exercent sur cet objet et les placer autour de l’objet ;
  3. Relier l’objet aux interactions par des doubles flèches :
  • En pointillés pour les actions à distance
  • En trait plein pour les actions de contact

B. Exemples

Voici 3 exemples de diagramme objet-interactions :

1. Une bille en acier qui tombe d’une table

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2. Une bille en acier posée sur le sol

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3. Une bille en acier qui roule sur le sol, attirée par un aimant

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III. QU’EST-CE QU’UNE FORCE ET COMMENT LA REPRÉSENTER ?

Les interactions peuvent être modélisées par des forces que l’on représente à l’aide d’un vecteur (segment fléché).

À RETENIR. Une force se caractérise par un point d’application (départ de la force), une direction, un sens et une valeur exprimée en Newton (N). Elle se représente par un segment fléché appelé vecteur et se note  $\vec{F} $

Exemple : Le poids de la bille posée sur le sol se représente comme suit :

 

Caractéristiques du poids d’une bille de masse m=50g
Point d’application : Centre de gravité de la bille
Direction : verticale
Sens : Vers le bas
Valeur : $P = m \times g = 0,05 \times 10 = 0,5\, N$

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Pour représenter la flèche du poids, il faut connaître la longueur à donner. Pour cela, 2 possibilités :

 

On te la donne dans l'énoncé de l'exercice. Par exemple ici, 1cm <-> 0.1 N, donc pour P = 0.5 N, la flèche devra mesurer 5cm.

On ne te dit rien, c'est donc à toi de décider ! Tu peux choisir 1cm <-> 0.25 N, donc pour P = 0.5 N, la flèche devra mesurer 2.5cm.

REMARQUE.

- Les forces qui modélisent les actions à distance ont comme point d’application le centre de gravité ;

- Les forces qui modélisent les actions de contact ont comme point d’application le point de contact entre les 2 objets qui interagissent ;

Tu dois être capable de calculer la valeur du poids pour toute autre force, on doit vous donner sa valeur ou la formule pour la calculer.

 

Ce que je dois savoir faire

  • Établir le diagramme objet-interaction d’un système
  • Être capable de donner les caractéristiques d’une force
  • Être capable de représenter une force par un vecteur à partir de ses caractéristiques

Pour s’entraîner

  • Sujet DNB centre étrangers série générale 2018
  • Sujet 0 DNB série générale 2018

LE PETIT + DANS TA COPIE

Pour les diagrammes objet-interactions, le formalisme de la double flèche n’est pas officiel, tu pourras aussi rencontrer un segment sans flèche ou une simple flèche. Il est donc important que tu précises dans tes réponses les conventions ou notation choisies si elles ne sont pas imposées dans l’énoncé.

Si tu décides de représenter les interactions par un diagramme, alors tu devras mettre une légende. De la même façon, tu peux décider de simplifier une écriture mais il faudra le dire explicitement dans ta réponse.

Exemple : dans la suite de ce devoir, je choisis de noter $\vec{F}_{A/B}$ la force qu’exerce A sur B.
Tu pourras ensuite utiliser $P = m \times g = 0,05 \times 10 = 0,5\, N$ sans avoir à dire qu’il s’agit de la force qu’exerce A sur B.

 

POUR ALLER PLUS LOIN …

À savoir avant de regarder cette vidéo. Ce qu’il appelle la résultante des forces est la somme de toutes les forces. Si tu mets les vecteurs (segments fléchés) représentant chaque force bout à bout, tu obtiens cette résultante. Dans le cas d’un objet posé sur le sol, si tu mets les 2 flèches bout à bout, tu obtiens 0, l’objet est immobile. Dans le cas d’objets immobiles ou en mouvement rectiligne uniforme, cette résultante est toujours nulle.

Si tu veux en savoir plus sur la 3ème loi de Newton, aussi appelé loi des actions réciproques (ou principe d’action réaction), voici une autre vidéo :

  • https://www.youtube.com/watch?v=Su_qIYH-Q20

La 2ème loi de Newton, tu la verras en lycée car elle appelle à quelques notions par encore bien vues.

 

 

 

Fin de l'extrait

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