Quelles sont les différentes forces et leurs actions ?

Introduction

Il existe une multitude de forces en physique. Celles-ci s'applique sur les objets ou les éléments qui nous entourent.

Un peu d'histoire

Le concept de la force est un concept qui existe depuis l'Antiquité. On a alors commencé à représenter les forces par des vecteurs. Plusieurs scientifiques et philosophes débattront sur la définition ou même l’existence des forces. Il faudra attendre les travaux d'Isaac Newton en 1687 pour avoir une définition précise des forces.

Définition de la force

La vitesse est-elle une force ? La vitesse est une force. Elle a un sens, une vitesse et une intensité.

Une force est une interaction qui se définit par plusieurs caractéristiques :

  • Sens ;
  • Direction ;
  • Intensité.

La mesure de la force

Dans le Système International, la force se mesure en Newtons.

Le Système International des Unités

L’ensemble des unités associées aux dimensions fondamentales constitue le système international d’unités. Il s’agit du système MksA (mètre, kilogramme, seconde, Ampère), mais le Kelvin, le mole et le candela font aussi partie de ce système. Ces unités sont appelées unités légales. Elles sont universelles et connues de par le monde entier.

Il est important de savoir que toutes les autres dimensions se déduisent de ces sept dimensions fondamentales par produit ou division de ces dimensions.

Dans certains sujets d’exercices, les grandeurs ne sont pas exprimées dans le système international mais avec des grandeurs usuelles. Il est facile de les comprendre et elles sont parfois utilisées dans la vie de tous les jours, mais il est essentiel de toujours effectuer les calculs avec les grandeurs exprimées dans l’unité internationale pour éviter les erreurs.

Par exemple, la pression est souvent exprimée en Bar. Or, dans le système international, la pression s’exprime en Pascal !

Superprof

Les différentes forces

Les différentes forces sont celles qui représentent les différents mouvements.

Mouvement relatif ou absolu

Dans quelles référentiel s'exercent les forces que nous subissons ? Les forces auxquelles nous sommes soumis sur Terre sont des forces qui s'exercent dans le référentiel Terrestre ? S'agit-il d'un référentiel absolu ou d'un référentiel relatif.

Dans la physique dite Newtonienne, on distingue deux types de mouvements différents : le mouvement absolu et le mouvement relatif.

Le mouvement absolu est le mouvement d’un corps au sein d’un référentiel dit absolu qui est alors fixe.

Le mouvement relatif est le mouvement d’un corps considéré par rapport à un autre référentiel et qui est mobile.

Mouvement de rotation

Dans un mouvement de rotation, tous les points du mobile décrivent des cercles ou des arcs de cercles centrés sur une droite fixe que l'on appelle axe de rotation. On peut notamment illustrer ce mouvement avec l'exemple des aiguilles d’une horloge.

  • Si la trajectoire est une droite, la translation est rectiligne, comme dans le cas d'un ascenseur ;
  • Si la trajectoire est une courbe, la translation est curviligne, comme dans le cas d'un téléphérique ;
  • Si la trajectoire est un cercle ou un arc de cercle, la translation est circulaire, comme dans le cas d'une grande roue.

Mouvement de translation

Dans un mouvement de translation, chaque segment de droite, appartenant au mobile, reste parallèle à lui-même, au cours du déplacement et tous les points du mobile ont des trajectoires identiques de même longueur.

Forces de contact ou à distance

Les forces se divisent en deux groupes qui différencient les forces de contact et les forces à distance.

Les forces de contact sont des forces qui agissent directement sur l'objet, on y retrouve par exemple les pressions de gaz, les frottements ou les appuis. D'un autre côté les forces à distance sont des forces qui agissent même à distance sur les objets. C'est notamment le cas des forces gravitationnelles et des champs électromagnétiques par exemple.

La poussée d'Archimède

La poussée d'Archimède est un phénomène physique qui décrit le comportement de tout corps plongé dans un fluide qu'il soit liquide ou gazeux soumis à un champ de gravité.

Elle est nommée ainsi en l'honneur d'Archimède de Syracuse, un très grand scientifique grec de 200 avant J.-C.

Elle est causée par l'augmentation de la pression du fluide avec la profondeur. Comme la pression exercée sur la partie basse du corps est supérieure à celle exercée sur la partie haute, le corps est poussé verticalement vers le haut.

Voici la formulation d'origine de cette loi physique :

Tout corps plongé dans un fluide au repos, entièrement mouillé par celui-ci ou traversant sa surface libre, subit une force verticale, dirigée de bas en haut et opposée au poids du volume de fluide déplacé ; cette force est appelée poussée d'Archimède.

Pour que le théorème s'applique il faut que le fluide immergeant et le corps immergé soient au repos. Il faut également qu'il soit possible de remplacer le corps immergé par du fluide immergeant sans rompre l'équilibre.

Voici l'équation qui en résulte :

    \[ \overrightarrow { P } _ { A } = M _ { f } \overrightarrow { g } \]

Avec :

  • Mf la masse du fluide contenu dans un volume V et déplacé ;
  • g la valeur du champ de pesanteur, de 9,81 N/kg à la surface de la Terre.

Les forces élastiques

La force élastique est la force qui est caractérisée par la déformation élastique. C'est cette force qui est présente dans le cas d'un ressort. Le ressort est quand à lui également soumis à ce que l'on appelle une force de rappel, qui l'incite à revenir à sa position initiale.

Comment comprendre la force élastique ? Si vous voulez avoir un exemple de la force élastique, prenez-en un et tendez-le. Il va revenir à sa taille initiale. C'est la force de rappel de l'élastique.

Les pressions

La pression est une force. Celle-ci s'exerce sur une surface, de façon égale ou non. Sur Terre, nous sommes soumis à la pression atmosphérique.

La pression atmosphérique

On appelle pression atmosphérique la force exercée par les constituants de l'air sur les éléments qui l'entourent. Par exemple, la pression atmosphérique exerce une pression sur les Hommes à la surface de la Terre.

La pression atmosphérique est mesurée en Pascal d'après le Système International.

Il existe un lien entre altitude et pression. En effet, plus l'altitude augmente et plus la pression diminue. On considère que la pression diminue d'un facteur 10 tous les 16 km de plus.

Il existe une formule qui permet de calculer la pression atmosphérique de façon simple. Elle s'appelle la loi barométrique.

La loi barométrique se définit comme telle : 

    \[p_{h}=p_{0}\cdot e^{-K\cdot l_{h}}\]

avec :

  • ph(Pa) : pression à l'altitude lh ;
  • p0(Pa) : pression normale à une altitude nulle de 0 m et une température de 0°C, à savoir 1013 hPa ;
  • K(m-1) : constante de nivellement barométrique d'une valeur de 4p.10-5m-1

Selon l'altitude, la pression atmosphérique varie. Il y a également d'autres paramètres qui entrent en compte tels que la température et le densité de l'air.

A l'origine, la pression atmosphérique se mesurait en millimètres de mercure, abrégés en mmHg. On utilisait pour cela des baromètres à colonne de mercure.

On mesure la pression atmosphérique à l'aide de plusieurs appareils tels que le baromètre, l'altimètre ou encore l'hypsomètre. Son unité est le Pascal dans le Système International, même si on utilise couramment le bar.

En moyenne, la pression atmosphérique de base est de 1013 hPa au niveau de la mer soit 1,013 bar.

Nous utilisons les mesures de pression atmosphérique tous les jours dans les actions les plus simples de notre vie. En effet, que ce soit pour gonfler un pneu, regarder le temps qu'il va faire ou encore pratiquer de la plongée sous-marine, les mesures de pression sont partout.

Les forces volumiques

Qu'est-ce que le centre de gravité d'un objet ? Le centre de gravité d'un objet est le point en lequel toutes les forces de gravité et de pesanteurs pèsent sur ce dernier.

Les forces volumiques sont des forces qui vont s'appliquer à tout un objet. C'est par exemple le cas du poids qui est une force volumique.

Si l'on prend comme un exemple un solide indéformable, cela revient à appliquer une force en son centre de gravité, celle-ci se répercutant alors sur l'ensemble de la structure de l'objet.

Le travail et l’énergie

Lorsqu'une force fournit de l'énergie, on dit qu'il y a création de travail.

Les calculs de travail

Calculer le travail d'une force constante

On utilise la formule suivante :

    \[ \omega (f) = F \cdot A B \cdot \cos ( F , A B) \]

donc F est en newton,AB est une distance ne m et l'angle orienté c'est l'angle entre la force F et la force de direction AB,l'unité du travail est le joule

démonstration: un caddie est poussé sur 20 m en ligne droite sur un sol horizontal par une personne exercant une force F,sa valeur est de 30N.

-calculer le travail de la force F:

    \[ \omega (F) = 30 \cdot 20 \cdot \cos ( 0 ) = 600 \text{ joules} \]

Calculer le travail du poids

Une formule existe également pour calculer le travail du poids, la voici :

    \[ \omega (P) = m \cdot g \cdot ( z a - z b ) \]

avec m la masse en kg et g, constante de gravitation en N/kg et (za-zb) l’altitude, la différence de hauteur entre a et b

Démonstration

Une pomme (de masse 253g) tombe d'un pommier de 2.5m

Le travail du poids est :

    \[ \omega (P) = 0.253 \cdot 9.81 \cdot 2.5 = 6.20 \text{ joules} \]

Vous avez aimé l’article ?

Aucune information ? Sérieusement ?Ok, nous tacherons de faire mieux pour le prochainLa moyenne, ouf ! Pas mieux ?Merci. Posez vos questions dans les commentaires.Un plaisir de vous aider ! :) (3,75/ 5 pour 16 votes)
Loading...

Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.

Vous avez aimé
cette ressource ?

Bravo !

Téléchargez-là au format pdf en ajoutant simplement votre e-mail !

{{ downloadEmailSaved }}

Votre email est invalide

1
Poster un Commentaire

avatar
chocolat blanc
chocolat blanc
Invité
6 Fév.

tu pourrais presisez d’autre chose