Les interactions et les forces

1. Les actions mécaniques

Une action mécanique est une action exercée par un objet sur un autre, capable de le mettre en mouvement, de le déformer ou de modifier son mouvement.

1.1 Actions de contact

L'objet qui agit touche celui qui subit l'action.

• Un joueur pousse un ballon avec le pied
• Ta main tire la poignée d'une porte
• Le vent appuie sur une voile de bateau

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1.2 Actions à distance

L'objet qui agit n'a pas besoin de toucher celui qui subit l'action.

• La gravitation : la Terre attire une pomme qui tombe, la Terre attire la Lune. Tout objet possédant une masse attire un autre objet possédant une masse, sans contact.
• Le magnétisme : un aimant attire un trombone en fer sans le toucher ; deux aimants peuvent s'attirer ou se repousser à distance.

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2. Le diagramme objets-interactions

Le diagramme objets-interactions représente tous les objets en jeu et les interactions entre eux, sous forme de bulles reliées par des doubles flèches.

Méthode pour construire un diagramme

1. Identifier l'objet étudié (le système).
2. Lister tous les objets qui agissent sur lui.
3. Relier par des doubles flèches en précisant si l'interaction est de contact ou à distance.

Convention : trait plein = contact | trait en pointillés = à distance.

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Exemple : une balle posée sur une table

Lecture du diagramme :

• 🌍 Terre ↔ 🔴 Balle : interaction à distance (gravitation — la Terre attire la balle vers le bas)
• 🔴 Balle ↔ 🟢 Table : interaction de contact (la table soutient la balle)
• 🌍 Terre ↔ 🟢 Table : interaction à distance (gravitation — la Terre attire aussi la table)

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3. Modéliser une action mécanique par une force

Pour décrire précisément une action mécanique, on la modélise par une force, représentée par une flèche (vecteur) ayant 4 caractéristiques :

Schéma : le poids d'une pomme

La valeur d'une force se mesure en newtons, symbole N, en hommage au physicien Isaac Newton (1643–1727).

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4. Le dynamomètre

Un dynamomètre est un instrument qui mesure la valeur d'une force en newtons.

Principe de fonctionnement

Il contient un ressort : plus on tire fort, plus le ressort s'allonge. Une graduation indique la valeur en newtons.

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Protocole de mesure du poids d'un objet

1. Suspendre le dynamomètre verticalement.
2. Vérifier que l'aiguille est bien sur 0 N (à vide).
3. Accrocher l'objet au crochet inférieur.
4. Lire la valeur indiquée en face de l'aiguille, sans parallaxe.
5. Noter le résultat : par exemple F = 2,5 N.

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5. Les effets d'une force

Une force peut produire trois types d'effets sur un objet :

5.1 Mettre en mouvement ou modifier le mouvement

Un objet immobile peut être mis en mouvement si on exerce une force sur lui. Un objet déjà en mouvement peut être accéléré, ralenti ou dévié.

• Tu pousses un caddie immobile → il se met en mouvement
• Tu freines à vélo → la force de freinage ralentit le vélo
• Un footballeur frappe le ballon sur le côté → le ballon change de direction

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5.2 Déformer un objet

Une force peut modifier la forme d'un objet, de manière temporaire ou permanente.

• Tu comprimes une éponge → elle se déforme (temporaire)
• Tu tords un trombone → il reste déformé (permanent)
• Tu étires un élastique → il s'allonge (temporaire)

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5.3 Maintenir un objet en équilibre

Quand plusieurs forces se compensent, l'objet reste immobile ou continue en mouvement rectiligne uniforme.

• Une balle posée sur une table : le poids (vers le bas) est compensé par la réaction de la table (vers le haut). La balle reste immobile.

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6. Masse et poids : deux grandeurs différentes

Beaucoup d'élèves confondent la masse et le poids. Ce sont pourtant deux grandeurs bien distinctes.

6.1 La masse

La masse mesure la quantité de matière contenue dans un objet.

• Elle se mesure avec une balance.
• Son unité est le kilogramme (kg).
• Elle ne change pas selon le lieu : un objet de 2 kg sur Terre a aussi une masse de 2 kg sur la Lune.

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6.2 Le poids

Le poids est la force d'attraction exercée par un astre (comme la Terre) sur un objet.

• Il se mesure avec un dynamomètre.
• Son unité est le newton (N).
• Il change selon le lieu : un objet pèse moins sur la Lune que sur la Terre car l'attraction y est plus faible.

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6.3 La relation entre masse et poids

$P = m \times g$

La valeur de g dépend de l'astre :

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Exemple de calcul

Un sac de cours a une masse de m = 5 kg. Quel est son poids sur Terre ?

P = m × g = 5 × 9,8 = 49 N

Et sur la Lune ?

P = m × g = 5 × 1,6 = 8 N

➜ La masse reste 5 kg dans les deux cas. Le poids change !

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Comparaison masse vs poids

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📌 À retenir

1. Une action mécanique peut être de contact (pousser, tirer) ou à distance (gravitation, magnétisme).
2. Le diagramme objets-interactions recense tous les objets et leurs interactions (contact en trait plein, distance en pointillés).
3. Une force se caractérise par 4 éléments : point d'application, direction, sens et valeur (en newtons, N).
4. Le dynamomètre est l'instrument qui mesure la valeur d'une force grâce à l'allongement d'un ressort.
5. Une force peut mettre en mouvement, modifier un mouvement ou déformer un objet. Quand les forces se compensent, l'objet est en équilibre.
6. Masse ≠ Poids : la masse (en kg, avec une balance) ne change pas selon le lieu. Le poids (en N, avec un dynamomètre) dépend de l'attraction de l'astre. Ils sont liés par P = m × g.