I) Mise en situation
Nous avons vue dans la séquence précédentes différents types de mouvement qui, rappelons-le pouvaient être curvilignes ou rectilignes d'un point de vue de la trajectoire, et uniforme ou non-uniforme d'un point de vue de la vitesse.
Nous allons maintenant nous interroger sur la cause qui aurait pu produire le mouvement. Pour projeter le ballon en l'air, quelle action lui avons-nous produite ? Est-ce le même type d'action pour pousser ou tirer la porte de la salle de classe ?
Nous allons tenter de réponse à ces questions au cours de cette séquence. Mais avant cela, nous allons commencer par une expérience avec un ressort, disponible en cliquant sur le lien Activité expérimentale n°2.
II) Les actions et les interactions
La notion d'action a été vue en classe de 5ème. Nous précisons ici qu'il s'agit d'actions dites mécaniques. Il existe d'autres actions qui font appels à d'autres concepts et ces derniers ne seront pas étudiés dans cette séquence.
À savoir : Une action mécanique désigne toute cause susceptible de déformer un objet ou de modifier son mouvement. On distinque les actions mécaniques de contact et les actions mécaniques à distance.
L'action est toujours exercée par un objet sur un autre objet.
À savoir : Lorsqu'un objet A exerce une action mécanique sur un objet B, alors l'objet B exerce sur l'objet A une action opposée, appelée action réciproque. On dit que les objets A et B sont en interactions.
Exemple : Lorsqu'un joueur de football frappe le ballon avec le pied, le pied du joueur exerce une action sur le ballon, mais le ballon exerce aussi une action (une action réciproque) sur le pied. Le pied et le ballon sont en interaction. Ce sont des actions mécaniques de contacts.
Exemple : Une fois lancée en l'air, le ballon revient au sol. La Terre agit sur le ballon et le ballon agit aussi sur la Terre. Le ballon et la Terre sont en interaction. Ce sont des actions mécaniques à distance.
L'action peut être localisée ou bien répartie. La pointe d'une punaise qui s'enfonce dans un mur, exercice une action localisée. En revanche, elle peut être aussi réparties, comme par exemple un livre posé sur une table.
III) Les forces
La force est définie de la façon suivante :
À savoir : Une force modélise l'action d'un objet sur un autre objet L'objet qui actionne la force est l'acteur. L'objet qui reçoit la force est le receveur.
L'action est invisible. Sur un schéma, on utilise un symbole particulier de la même façon qu'on utilise des symboles particuliers sur des bandes dessinées.
À savoir : La force se représente sur un schéma par un segment fléché.
Remarque : Le segment fléché est un objet géométrique appelé le vecteur. Cette notion sera vue au lycée.
IV) Un exemple d'interaction et de force
Dans les exemples précédents, nous avons vu des forces de contacts. Nous présentons dans ce paragraphe une action à distance dont s'exprime une force particulière : la force de pesanteur.
À savoir : Partout dans l'Univers, les corps qui ont une masse s'attirent mutuellement par une force de gravitation. L'interaction est appelée interaction gravitationnelle.
Cette interaction est valable aussi bien pour les corps immenses célestes comme les galaxies ou les étoiles, que pour les tout petits corps comme les bactéries ou les particules microscopiques. Ainsi, sur Terre, tous les corps sont en interaction gravitationnelles entre eux et surtout avec la Terre. C'est la raison pour laquelle tous les corps à proximité de la Terre « tombe » sur Terre.
À savoir : La force de pesanteur est la force d'attraction que la Terre exerce sur les objets environnants. Au voisinage du sol, cette force est appelée le poids.
Le poids est une force, symbolisé par un vecteur qui possède donc les caractéristiques suivantes :
À savoir : Le poids d'un objet de masse \(\displaystyle m\) possède les caractéristiques suivantes :
La direction est toujours verticale.
Le sens est toujours vers le sol (vers le centre de la Terre).
Le point d'application est le centre de l'objet.
La valeur du poids est notée \(\displaystyle P\) et se calcule par \(\displaystyle P=mg\) où \(\displaystyle g\) est appelé l'intensité de la pesanteur qui dépend de l'endroit de la Terre.
La formule précédente permet de calculer la force de pesanteur. On aurait pu l'appeler \(\displaystyle F\) mais comme elle est omniprésente, la lettre utilisée est la lettre \(\displaystyle P\). L'unité de la masse \(\displaystyle m\) est le kilogramme de symbole kg. L'unité de l'intensité de la pesanteur est le newton par kilogramme de symbole N.kg-1, et enfin l'unité de la force est le newton de symbole \(\displaystyle N\).