Sauter à un chapitre clé
Bien sûr, une force ne sert pas seulement à pousser ou à tirer des objets. Nous pouvons, en fait, réaliser trois types de fonctions avec une force.
- Changer la forme d'unobjet : si, par exemple, tu plies, étires ou comprimes un objet, tu changes sa forme.
- Modifier la vitesse d'un objet : si, en faisant du vélo, tu augmentes le pédalage ou si quelqu'un te pousse par derrière, la vitesse du vélo augmente. L'exercice d'une force plus importante entraîne donc une accélération du vélo.
- Changer la direction dans laquelle un objet se déplace : lors d'un match de cricket, lorsqu'un batteur frappe la balle, la force exercée par la batte fait changer la direction de la balle. Ici, une force est utilisée pour changer la direction d'un objet déjà en mouvement.
Qu'est-ce que l'énergie ?
L'énergie est la capacité de faire un travail, alors que le travail est égal à la force appliquée pour déplacer un objet d'une certaine distance dans la direction déterminée par cette force. L'énergie est donc la quantité de travail appliquée à l'objet par cette force. La particularité de l'énergie est qu'elle peut être transformée.
La conservation de l'énergie
La conservation de l'énergie stipule que l'énergie n'est transférée d'un état à un autre que de façon à ce que l'énergie totale d'un système fermé soit conservée.
Par exemple, lorsqu'un objet tombe, son énergie potentielle est convertie en énergie cinétique, mais la somme totale des deux énergies (l'énergie mécanique du système) est la même à chaque instant de la chute.
Qu'est-ce qu'un moment ?
L'effet de rotation ou la force produite autour d'un pivot s'appelle le moment d'une force ou d'un couple. Les charnières d'une porte qui s'ouvre ou un écrou tourné par une clé sont des exemples de pivots. Le desserrage d'un écrou serré et l'ouverture d'une porte autour d'une charnière fixe impliquent tous deux un moment.
Bien qu'il s'agisse d'un mouvement de rotation autour d'un pivot fixe, il existe également d'autres types d'effets de rotation.
Quels sont les types de moments d'une force ?
Outre l'aspect rotatif, il faut également noter le sens dans lequel l'objet se déplace. Par exemple, dans le cas d'une horloge analogique, toutes ses aiguilles tournent dans le même sens autour d'un pivot fixe situé en son centre. Le sens, dans ce cas, est celui des aiguilles d'une montre.
Dans le sens des aiguilles d'une montre
Lorsqu'un moment ou un effet de rotation d'une force autour d'un point produit un mouvement dans le sens des aiguilles d'une montre, ce moment est dans le sens des aiguilles d'une montre. Dans les calculs, on considère qu'un moment dans le sens des aiguilles d'une montre est négatif.
Moment antihoraire
De même, lorsqu'un moment ou un effet de rotation d'une force autour d'un point produit un mouvement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, ce moment est dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Dans les calculs, nous considérons qu'un moment dans le sens inverse des aiguilles d'une montre est positif.
Comment calculer le moment d'une force ?
L'effet de rotation d'une force, également appelé couple, peut être calculé à l'aide de la formule :
\[T = r \cdot F \sin(\theta)\]
- T = couple.
- r = distance par rapport à la force appliquée.
- F = force appliquée.
- 𝜭 = angle entre F et le bras de levier.
Dans ce diagramme, deux forces agissent :F1 etF2. Si nous voulons trouver le moment de la forceF1 autour du point de pivot 2 (où la forceF2 agit), nous pouvons le calculer en multipliantF1 par la distance entre le point 1 et le point 2 :
\[\text{Moment de la force} = F_1 \cdot D\]
Cependant, pour calculer le moment de la forceF2 autour du point de pivot 1 (où la forceF1 agit), nous devons improviser un peu. Jette un coup d'œil à la figure 6 ci-dessous.
F2 n'est pas perpendiculaire à la tige. Nous devons donc trouver la composante de la forceF2 qui est perpendiculaire à la ligne d'action de cette force.
Dans ce cas, la formule devientF2 sin𝜭 (où 𝜭 est l'angle entreF2 et l'horizontale). La formule pour calculer le couple autour de la forceF2 est donc :
\[\text{Moment de la force} = F_2 \cdot \sin(\theta) \cdot D\]
Le principe du moment
Le principe du moment stipule que lorsqu'un corps est en équilibre autour d'un point pivot, la somme des moments dans le sens des aiguilles d'une montre est égale à la somme des moments dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Nous disons que l'objet est en équilibre et qu'il ne bougera pas à moins que l'une des forces ne change ou que la distance du pivot de l'une ou l'autre des forces ne change. Vois l'illustration ci-dessous :
Calcule la distance du pivot de la force 250N qui doit être appliquée pour que la balançoire soit équilibrée si la force sur l'autre extrémité de la balançoire est de 750N avec une distance de 2,4m du pivot.
La somme des moments dans le sens des aiguilles d'une montre = la somme des moments dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
\[F_1 \cdot d_1 = F_2 \cdot d_2\]
\N- 750 \Ndot d_1 = 250 \Ndot 2.4\N]
\N- [d_1 = 7,2 \N espace m\N]
Par conséquent, la distance de la force 250 N doit être de 7,2 m du pivot pour que la balançoire soit équilibrée.
Qu'est-ce qu'un couple ?
En physique, un moment de couple correspond à deux forces parallèles égales, qui sont dans des directions opposées l'une à l'autre et à la même distance du point de pivot, agissant sur un objet et produisant un effet de rotation. Un exemple serait celui d'un conducteur qui tournerait le volant de sa voiture avec ses deux mains.
La caractéristique d'un couple est que, bien qu'il y ait un effet de rotation, la somme des forces résultantes est nulle. Il n'y a donc pas de mouvement de translation mais seulement de rotation.
Pour calculer le moment d'un couple, il faut multiplier l'une ou l'autre des forces par la distance qui les sépare. Dans le cas de notre exemple ci-dessus, le calcul est le suivant :
\[\text{Moment d'un couple} = F \cdot S\]
Quelle est l'unité du moment d'une force ?
Comme l'unité d'une force est le Newton et l'unité de la distance le mètre, l'unité du moment devient le Newton par mètre (Nm). Un couple est donc une quantité vectorielle puisqu'il a une magnitude et une direction.
Le moment d'une force de 10 N autour d'un point est de 3 Nm. Calcule la distance du pivot par rapport à la ligne d'action de la force.
\[\text{Moment de la force} = \text{Force} \cdot \text{Distance}\]
\(3 \space Nm = 10 \cdot r\)
\(r = 0,3 \space m\)
Force Énergie - Principaux points à retenir
- Une force est une poussée ou une traction sur un objet.
- Une force peut modifier la forme d'un objet ainsi que sa vitesse et la direction dans laquelle il se déplace.
- La conservation de l'énergie signifie que l'énergie n'est transférée que d'un état à un autre, de sorte que l'énergie totale d'un système fermé est conservée.
- L'effet de rotation ou la force produite autour d'un pivot est le moment d'une force ou d'un couple.
- Un moment peut être dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse.
- Le principe du moment stipule que lorsqu'un corps est en équilibre autour d'un point pivot, la somme des moments dans le sens des aiguilles d'une montre est égale à la somme des moments dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
- Un moment de couple est constitué de deux forces parallèles égales, qui sont dans des directions opposées l'une à l'autre et à la même distance du point de pivot, agissant sur un objet et produisant un effet de rotation.
Apprends plus vite avec les 7 fiches sur Force, Énergie et Moments
Inscris-toi gratuitement pour accéder à toutes nos fiches.
Questions fréquemment posées en Force, Énergie et Moments
À propos de StudySmarter
StudySmarter est une entreprise de technologie éducative mondialement reconnue, offrant une plateforme d'apprentissage holistique conçue pour les étudiants de tous âges et de tous niveaux éducatifs. Notre plateforme fournit un soutien à l'apprentissage pour une large gamme de sujets, y compris les STEM, les sciences sociales et les langues, et aide également les étudiants à réussir divers tests et examens dans le monde entier, tels que le GCSE, le A Level, le SAT, l'ACT, l'Abitur, et plus encore. Nous proposons une bibliothèque étendue de matériels d'apprentissage, y compris des flashcards interactives, des solutions de manuels scolaires complètes et des explications détaillées. La technologie de pointe et les outils que nous fournissons aident les étudiants à créer leurs propres matériels d'apprentissage. Le contenu de StudySmarter est non seulement vérifié par des experts, mais également régulièrement mis à jour pour garantir l'exactitude et la pertinence.
En savoir plus