1/ actions et interactions (activité 1) 1 situation : le...
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Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
Chapitre 2 : Action / interaction / forces
Etude d’un sport : Le Hockey sur glace
Objet étudié appelé SYSTEME: PALET Référentiel : Terrestre (bord de piste)
1/ Actions et interactions (Activité 1)
1ère situation : Le palet est posé sur le sol et immobile.
1/ Quels sont les objets qui agissent sur le palet ? Il y a la glace et la Terre
2/ Sur quels objets agit le palet ? Sur la glace et la Terre, aussi.
Conclusion : On dira que le palet subit 2 actions mécaniques :
l’action du sol
l’action de la Terre.
En retour, le palet exerce aussi 2 actions :
sur le sol
et la Terre.
On dira que le PALET est en INTERACTIONS avec le sol et la Terre.
Plus généralement : Si un objet A agit sur un objet B, simultanément B agit sur A ; on dit que A et B sont en
interaction (actions réciproques). L'action de A sur B est notée AB et l'action de B sur A est notée BA.
Cet énoncé est applicable dans toutes les situations, c'est-à-dire quand les systèmes sont au repos et aussi quand
ils sont en mouvement.
Il existe 2 types d’actions et d’interactions :
Des (inter)actions de contact qui se font par contact local avec l’objet (Ex : main, pied, ficelle, crosse, air,
ficelle, ressort, frottement…)
Des (inter)actions à distance qui se font à distance (sans contact) et qui sont réparties dans tout le
volume. Il en existe 3 types :
o (inter)action gravitationnelle : exercée sur tout objet qui a une masse (ex : action gravitationnelle
de la Terre = pesanteur terrestre poids de l’objet)
o (inter)action magnétique : exercée sur tout objet « magnétique » (influencé par un aimant)
o (inter)action électrique : exercée sur tout objet chargé électriquement sur un autre.
On représentera les interactions subies par un objet avec d’un Diagramme Objet Interactions (D.O.I) :
Les interactions à distance seront représentées par des doubles flèches en pointillés.
Les interactions de contact seront représentées par des doubles flèches pleines.
Remarques :
On souligne ou surligne l’objet étudié.
La place des bulles (sol et Terre) autour de l’objet n’a pas d’importance.
Une action à distance est représentée par une simple flèche pointillée
Une action de contact est représentée par une simple flèche pleine
Palet
Glace
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
Exemple 1 : Palet posé sur la glace
Exemple 2 : Palet posé sur la glace et poussé par la crosse de hockey
2/ FORCES
A/ Définitions
Dans la suite, on modélisera une action mécanique par une FORCE représentée par une flèche (vecteur) qui
possèdent 4 caractéristiques :
Une direction
Une sens
Un point d’application (origine) : soit le point de contact soit le centre de gravité G
Une valeur (ou intensité) exprimée en NEWTON (N). La longueur de la flèche sera proportionnelle à la valeur.
Une force se mesure avec un dynamomètre.
L’action mécanique de contact sur le palet ( Ex : Crosse qui pousse le palet) sera modélisée par une force
Fcrossepalet localisée sur le point de contact entre la crosse et le palet.
L’action mécanique de contact sur la pierre ( Ex : pierre suspendue à un fil) sera modélisée par une force Ffilpierre
localisée sur le point de contact entre la pierre et le palet.
Palet
glace PALET
glace
TERRE
Interaction de contact
Interaction à distance
Palet
glace
CROSSE
PALET
glace
TERRE
CROSSE
Palet
glace
CROSSE Point de contact
Point de contact
fil
support
Pierre
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
Les actions à distance sur le palet ou la pierre seront modélisées par une force FTerrepierre ou FTerrepalet dont le
point d’application sera le centre de gravité G de l’objet (centre de masse).
B/ Représentation des forces
Point Méthode : Il y a autant de que d’interactions (pour vulgariser, autant de bulles dans le DOI que de flèches)
Retour sur l’exemple 1 : le palet posé sur le sol.
Retour sur l’exemple 2 : Le palet posé sur le sol et poussé par la crosse
Exemple 3 : Une pierre suspendue à un fil.
Palet
glace
CROSSE
FCROSSE PALET
FTerre PALET
FGlace PALET
Palet G
G
PALET
glace
TERRE
CROSSE
3 bulles autour du palet = 3 forces
Palet
glace
FTerre PALET
FGlace PALET
PALET
glace
TERRE
2 bulles autour du palet = 2 forces
fil
support
Pierre
Pierre
FIL
TERRE
FFil Pierre
FTerre Pierre
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
Quelques exemples d’actions ou forces :
Force Force
d’attraction de la Terre
Force de la glace ou du sol.
Force d’une ficelle ou
ressort
Force de l’air ou de friction du sol
Force d’un aimant Force due
aux charges électriques
Description
NOM de la force
POIDS REACTION TENSION FROTTEMENTS FORCE
MAGNETIQUE
FORCE ELECTRIQUE
Caractéris- tiques
A distance Verticale
vers le bas.
De contact. Verticale, vers le
haut.
De contact, Dans la
direction du mvt, sens variable
De contact, opposé au sens du mouvement
A distance, Vers l’aimant
A distance, attractif ou
répulsif entre les charges.
Autres exemples
Dessins des situations DOI des objets ou personnes Forces
DOI de la personne :
DOI du skieur:
DOI du footballeur :
DOI du skater :
tension
Poids
Poids
Tension
Poids
frott
Poids
reaction
Poids
reaction
reaction
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
DOI du danseur homme :
DOI de la femme danseuse
3/ Retour sur le principe des actions réciproques.
Si un objet A agit sur un objet B, B agit sur A : on dit que A et B sont en INTERACTION.
C’est le principe des ACTIONS RECIPROQUES(ou action/réaction)
Une interaction est modélisée par 2 forces de valeurs égales, de même direction et MAIS
de sens opposés.
Exemple :
La lune attire la Terre avec la même force que la Terre attire la lune. La Terre attire la
pomme avec la même force que la pomme attire la Terre : c’est une interaction (les forces
ont la même direction, même valeur, mais un sens opposé)
20 g
F Terre Lune F Lune Terre F ressort masselotte
F masselotte ressort
F Pomme Terre
F Terre Pomme
Poids
reaction
fille
homme
Poids
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
4/ Quel est l’effet des forces sur le mouvement ou l’immobilité ?
1ère situation : Le palet est posé sur la glace.
La pierre est suspendue à une fil. Une masse
est suspendue à un ressort.
Un objet est en équilibre statique si les forces appliquées se compensent (elles sont
opposées) : mêmes directions, mêmes valeurs mais sens opposé.
2ème situation : La crosse pousse le palet sur la glace. Une raquette de tennis frappe une balle. Un footballeur
shoote dans le ballon avec son pied lors d’un coup franc. Un perchiste saute en hauteur.
Situation
Effet du vent
Effet des
frottements
Effet du vent
Effet sur le mouvement : trajectoire,
vitesse.
Modification de la trajectoire Vitesse diminue Vitesse augmente
Situation
Effet de l’air ventilé sur la
balle.
Effet de la balle sur le cordage
Effet de la main sur la ficelle
Effet sur le mouvement : trajectoire,
vitesse.
Balle immobile Déformation Déformation
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
Les effets d’une force sur un objet peuvent être de :
De le mettre en mouvement.
De modifier sa trajectoire ou/et sa vitesse : Trajectoire modifiée si la force n’est pas parallèle à la trajectoire : la trajectoire s’incurve dans
le sens et la direction de la force.
Valeur de la vitesse modifiée si la force n’est pas perpendiculaire à la trajectoire.
Mouvement accéléré : si la force est dans le même sens que le vecteur vitesse.
Mouvement ralenti : si la force est dans le sens contraire du vecteur vitesse.
De le déformer.
Pour aller plus loin :
3eme situation : Le palet avance sur la glace. Quel est son mouvement ? Rectiligne uniforme.
Vidéo curling
Si les forces qui s’exercent sur un corps se compensent, alors le corps a un mouvement rectiligne et uniforme.
5/ Etude du mouvement d’un aéroglisseur
A/ Fabrication
Suivre les étapes suivantes pour réaliser l’aéroglisseur de votre groupe.
1/ A l'aide du pistolet à colle (attention, c’est chaud !!), collez le bouchon au centre du CD, de façon à
boucher le trou central et à placer l’ouverture vers le haut. Laisser sécher.
2/ Fermez le bouchon en appuyant dessus.
3/ Gonflez le ballon et placez-le sur la partie supérieure du bouchon de liquide vaisselle.
4/ Démarrez votre aéroglisseur en ouvrant le bouchon (en tirant vers le haut la partie supérieure).
Questions :
1/ Explique en une phrase ce qui se passe quand tu ouvres le bouchon.
De l’air est propulsé sous le CD et permet de créer un coussin d’air.
2/ L’étymologie du mot permet-elle de confirmer la définition que tu viens de donner ?
« Aéro » : air , « glisseur » : glisser en suivant le sol : Donc l’aéroglisseur est un engin qui glisse sur le sol grâce à
de l’air
B/ Expériences et étude vidéo
Situation 1 : l’aéroglisseur est immobile sur le sol
Situation 2 : Aéroglisseur lancé avec la main, ballon de baudruche gonflé et bouchon FERME.
Filmer le mouvement de l’aéroglisseur, lancé sur votre table (plane, horizontale et lisse).
Lancer le logiciel AVISTEP et visionner la vidéo.
Effectuer le pointage d’un point précis de l’aéroglisseur.
Complète le tableau ci-dessous donnant l’évolution de la vitesse au cours du temps :
Temps (s) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
V1 (m/s) 1,95 1,60 1,26 0,91 0,57 0,22 0,13
Comment peut-on qualifier le mouvement de l’aéroglisseur, après l’avoir lancé ?
Le mouvement est rectiligne ralenti car la trajectoire semble être une droite et la vitesse diminue.
Situation 3 : Aéroglisseur lancé avec la main, ballon de baudruche gonflé et bouchon OUVERT.
Filmer le mouvement de l’aéroglisseur, lancé sur votre table (plane, horizontale et lisse).
Lancer le logiciel AVISTEP et visionner la vidéo.
Effectuer le pointage d’un point précis de l’aéroglisseur.
Complète le tableau ci-dessous donnant l’évolution de la vitesse au cours du temps :
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
Temps (s)
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1
V1 (m/s) 0,73 0,73 0,73 0,73 0,73 0,73 0,73 0,73 0,73 0,73 0,73 0,73
Comment peut-on qualifier le mouvement de l’aéroglisseur, après l’avoir lancé ?
Le mouvement est rectiligne uniforme car la trajectoire semble être une droite et la vitesse est constante.
Analyse des trois situations en terme de forces et d’interactions
Réalise les trois DOI des 3 situations puis le schéma des forces exercées sur l’aéroglisseur. Le centre de gravité sera pris au
milieu du bouchon.
Situation 1 Situation 2 Situation 3
DOI
Forces
L’effet du système de soufflerie de l’aéroglisseur est donc de supprimer les forces de frottements avec le sol.
Question subsidiaire : On souhaite que l’aéroglisseur ait un mouvement circulaire uniforme. Quelle expérience proposes-
tu ?Réalise la même démarche (vidéo, pointage et traitement vidéo, analyse en terme de DOI et forces…)
On accroche une ficelle à l’aéroglisseur et on le fait tourner, bouchon ouvert et ballon gonflé.
Fsol aero
=Réaction du sol
FTerre aero
=poids
Fsol aero
=Réaction du sol
FTerre aero
=poids
Fsol aero
=Réaction du sol
FTerre aero
=poids
F frott. aero
=frottements
Fsol aero
=Réaction du sol
FTerre aero
=poids
F ficelle aero
= tension
Socle fixe
aero
table
TERRE
ficelle
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
Dans le système solaire, quels sont les corps (objets) animés d’un mouvement circulaire uniforme ? Explique pourquoi.
Ce sont les planètes autour du soleil et les satellites autour des planètes. Il existe une interaction invisible à
distance entre tous les objets qui ont une masse : l’interaction gravitationnelle.
Nous allons en parler au chapitre 3
Effets des forces sur le mouvement :