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La force
Fiche | Sciences et technologies
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Secondaire
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Une force est une action qui peut mettre un corps en mouvement, modifier son mouvement ou le déformer.
L'unité de mesure de la force est le newton (|\text{N}|). Celle-ci représente la force nécessaire pour donner à un objet de |1\ \text{kg}| une accélération de |1\ \text{m/s}^2|.
Graphiquement, la force est représentée avec une flèche qui indique :
- sa direction, par un segment de droite;
- son sens, par la pointe de la flèche;
- son intensité, par la longueur de la flèche ou par sa valeur en newtons;
- son point d'application, correspondant à l'endroit, le point précis, où la force est appliquée.
La force
Il existe différents types de forces :
La force gravitationnelle
La force gravitationnelle est une force d'attraction entre deux corps.
Elle dépend de la masse et de la distance entre ces deux corps.
- Plus la masse des deux objets est grande, plus la force gravitationnelle est grande.
- Cependant, plus la distance entre ces deux corps est grande et plus cette force diminue.
Sur Terre, la force gravitationnelle exerce sur n'importe quel corps en chute libre une accélération de |9{,}8\ \text{m/s}^2|. Le poids est une façon de mesurer la force gravitationnelle.
La chute d’une personne, lors d’un saut en bungee, est causée par la force gravitationnelle qui attire cette personne vers le centre de la Terre.
La force gravitationnelle est également responsable des marées et de la trajectoire des astres qui passent près de notre planète.
La force normale
La force normale représente la force de réaction d’une surface empêchant un objet de s’y enfoncer.
La force normale doit toujours être perpendiculaire à la surface.
Comme l'illustre l’image ci-dessous, la force de gravité (|F_g|) devrait normalement amener l’objet vers le sol (ou vers le centre de la Terre). Toutefois, la table garde l’objet immobile en exerçant une force vers le haut qui vient annuler la force de gravité. Cette force, exercée par la table, est appelée force normale (|F_N|).
La force normale
Dans le cas d'une surface plane (comme le livre et la table ci-dessus), la force normale est généralement égale à la force gravitationnelle. Toutefois, si une force supplémentaire était appliquée sur le livre ou si le livre était placé sur une surface en angle, la force normale serait modifiée.
La force de frottement
La force de frottement est un type de force de contact qui s'oppose au mouvement d'un objet avec une surface.
Il s’agit d’une force créée par l’interaction de deux surfaces qui glissent l’une sur l’autre. Puisque la force de frottement s’oppose au mouvement entre des pièces, plus il y a de frottement entre deux surfaces, moins il y a de glissement possible.
La force de frottement dépend de 2 facteurs :
- la nature des surfaces de contact (une surface rugueuse occasionne un plus grand frottement),
- la force normale.
La force de frottement
La force efficace
La force efficace est la composante d'une force responsable du déplacement d'un objet. Elle correspond à la force parallèle au mouvement de l'objet.
Lorsqu’une personne passe la tondeuse, elle applique sur la tondeuse une force qui a un certain angle avec le sol. Il s’agit de la force appliquée.
La force efficace est la composante de la force appliquée qui est responsable du déplacement de la tondeuse. Puisque la tondeuse se déplace horizontalement, la force efficace correspond à la composante horizontale de la force appliquée.
La force efficace sur une tondeuse
On utilise les principes de la trigonométrie pour déterminer la valeur réelle de la force efficace.
Un homme tire sur une boite avec l’aide d’une corde, avec une force de |50\ \text{N}| et un angle de |30°| par rapport à l'horizontale. Quelle est la force efficace exercée sur la boite?
La force efficace sur une boite
Voir la solution
Les forces résultante et équilibrante
Une force résultante est la combinaison de toutes les forces appliquées au même moment sur un objet.
Une force équilibrante est une force qui annule la force résultante. Cela signifie que l'objet ne se déplace pas.
La souque à la corde est un exemple d'équilibre des forces. Si les deux équipes tirent avec une force de même grandeur, mais dans des directions opposées, le foulard placé au centre ne se déplacera pas. La force résultante est donc nulle, car les deux forces sont égales en intensité et appliquées dans des directions opposées.
La force équilibrante
Après un certain temps, si une équipe tire plus fort qu'une autre (sa force est plus grande), l'équilibre est défait et le foulard se déplace. La force résultante est donc non nulle, car une des forces n'est pas complètement annulée par les autres. Ainsi, ce système n’est pas à l’état d’équilibre.
Un déséquilibre des forces
La force électromagnétique
La force électromagnétique est une force d'attraction ou de répulsion entre des objets possédant une charge électrique ou des pôles magnétiques.
Cette force n'agit que sur les particules chargées, soit les protons et les électrons. La force électromagnétique explique d’ailleurs pourquoi les électrons sont attirés par les protons dans un atome. De plus, la force électromagnétique explique aussi pourquoi les atomes et les molécules peuvent se lier ensemble pour former de nouvelles substances ou même de très longues chaines de molécules, comme celles présentes dans les matières plastiques ou dans l'ADN.
La force électromagnétique se fait également sentir lorsqu’on approche des aimants l’un de l’autre. Elle permet aux aimants de s’attirer ou de se repousser. Certains matériaux, comme le fer, peuvent aussi être attirés par les aimants. On dit alors que ces matériaux sont ferromagnétiques.
Les forces nucléaires forte et faible
La force nucléaire forte est une force d'attraction qui retient les protons et les neutrons ensemble. C'est elle qui permet la stabilité des noyaux.
La force nucléaire faible est liée à des phénomènes de radioactivité et contribue, par exemple, à faire briller le Soleil.