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Force résultante : Définition
Nous appelons la force unique qui représente les effets de toutes les autres forces agissant sur un objet, la force résultante.
Rappelle qu'une force est une interaction entre des objets qui fait qu'un ou plusieurs d'entre eux changent d'état de mouvement. On peut simplement l'assimiler à une poussée ou à une traction. Imagine une grande boîte posée sur le sol ; si tu veux faire bouger la boîte, tu dois la pousser ou la tirer ; autrement dit, tu dois appliquer une force. La figure ci-dessous montre une forceappliquée à une boîte posée sur un sol horizontal sans frottement. Le bloc se déplace dans la direction de la force. La force est un vecteur et peut être représentée par une flèche qui indique la taille et la direction de la force.
Une boîte poussée sur un sol sans frottement par une force, F, se déplace dans la direction de la force appliquée, - StudySmarter Originals
Que se passerait-il si une autre force était appliquée à la boîte dans la direction opposée ? Si le frottement est introduit entre la boîte et le sol, il deviendra plus difficile de déplacer la boîte sur le sol. La figure suivante illustre ce scénario, où une force supplémentaire, la force de frottementagit dans la direction opposée à la force.
Une boîte est poussée sur le sol par une force, F, tandis qu'une force de frottement, f, agit dans la direction opposée. La boîte se déplace dans la direction de F avec plus de difficulté qu'auparavant. - StudySmarter Originals
La force résultante est maintenant moins importante qu'auparavant car les deux forces agissent dans des directions opposées. Si les deux forces agissaient dans la même direction, la force résultante serait plus grande qu'avant.
Exemples de force résultante
La force résultante sur un objet est la somme vectorielle de toutes les forces agissant sur l'objet. Cela provient de la définition de la force résultante et peut être illustré par les exemples suivants.
Un chariot est placé sur une surface lisse et horizontale et subit l'action de deux forces. La première force estqui agit vers la droite et la deuxième force, qui agit également vers la droite., agissant également vers la droite. Quelle est la force résultante agissant sur le chariot ?
La force résultante est l'effet combiné - la force unique qui résulte des deux forces appliquées agissant sur le chariot. Dans ce cas, les deux forces agissent dans la même direction et sont donc additionnées.
Lafigure ci-dessous montre un diagramme de corps libre du chariot avec les deux forces qui agissent sur lui.
Un chariot sur lequel agissent deux forces de 30 N et 60 N dans la même direction a une force résultante de 90 N dans la direction des forces appliquées, adapté de l'image de Qwertyxp2000. CC BY-SA 4.0
Un chariot est placé sur une surface lisse et horizontale et subit l'action de deux forces. La première force est, agissant vers la droite, et la deuxième force, agissant vers la gauche., agissant vers la gauche. Quelle est la force résultante qui agit sur le chariot ?
Dans ce scénario, les deux forces agissent dans des directions opposées et la force résultante est maintenant la différence entre les deux forces. Nous soustrayons donc une force de l'autre pour obtenir une force résultante.
La force résultante est doncvers la droite. L'effet ressenti par le chariot est le même que si nous avions remplacé les deux forces individuelles par une seule force de magnitudeagissant vers la droite.
Un chariot soumis à l'influence de deux forces appliquées de 30 N à droite et de 10 N à gauche a une force résultante de 20 N vers la droite, adapté de l'image de Qwertyxp2000. CC By-SA 4.0
Un agent de police se tient debout, immobile, sur un sol plat. Le poids du policier,est. La force de réaction que le sol exerce sur le policier,est. Calcule la force résultante exercée sur le policier.
Dans ce cas, nous pouvons soustraire une force de l'autre pour obtenir une force résultante de 0 N vers la droite, comme suit.
Le poids du policier est équilibré par la force de réaction et le policier ne se déplace ni vers le haut ni vers le bas. La force résultante sur le policier est la différence entre les forces (puisqu'elles agissent dans des directions opposées) qui est nulle. Lorsque la force résultante sur un objet estl'objet conserve sa vitesse actuelle à moins qu'il ne soit soumis à une force extérieure.
Un agent de police dont le poids W est de 800 N ressent une force de réaction du sol R de 800 N. La force résultante sur l'agent de police est nulle. - StudySmarter Originals
Équation de la force résultante
Nous pouvons écrire une équation générale pour la force résultantesur un objet lorsque plusieurs forces agissent sur lui en ligne droite. Supposons que nous ayons deux forces ,etagissant sur un objet dans la même direction; l'équation de la force résultante peut être écrite comme la somme de chacune des forces comme suit.
Si deux forces,etagissent en ligne droite mais dans des directions opposées sur un objet, l'équation de la force résultante s'écrit comme la différence entre les deux objets, comme ci-dessous.
Examinons un exemple de forces multiples exercées sur un objet dans des directions différentes. Le diagramme de la force résultante correspondante est illustré dans la figure ci-dessous.
La force résultante sur un objet est la somme vectorielle de toutes les forces agissant sur cet objet, comme le montre ce diagramme. - StudySmarter Originals
etagissent dans la même direction etagit dans la direction opposée àet. L'équation de la force résultante est donc la suivante :
L'ampleur de la force résultante
Rappelle-toi que la force est une quantité vectorielle, nous utilisons donc le signe moins pour indiquer sa direction, par exemple si nous choisissons la direction droite comme étant positive, toute force à gauche a un signe moins devant sa valeur. L'ampleur d'une force résultante est une quantité scalaire, donc dans le cas de forces multiples agissant sur un objet, la magnitude de la force résultante est simplement la taille de la force sans sa direction. C'est-à-dire que nous laissons tomber le signe moins devant le nombre (s'il y en a un). Un exemple est donné ci-dessous.
Un chariot est placé sur une surface lisse et horizontale et subit l'action de deux forces. La première force est unevers la droite, et la seconde est une force vers la gauche.vers la gauche. Quelle est l'ampleur de la force résultante agissant sur le chariot ? (Considère que la direction vers la droite est positive.)
En prenant la direction vers la droite comme positive, le calcul est le suivant :
L'ampleur de la force résultante est la valeur absolue dequi est simplement. Cela signifie que la taille de la force résultante est de. De plus, nous pouvons voir que sa direction est vers la gauche.
Résoudre les forces : Diagrammes de force résultante
D'après l'exemple ci-dessus, nous pouvons voir qu'il n'y a pas de force résultante lorsque les forces sur un objet sont équilibrées. De plus, la direction de la force résultante sur un objet nous donne la direction dans laquelle l'objet se déplacera. Toutes les forces mentionnées ci-dessus sont appliquées parallèlement au sol ou à la surface le long de laquelle l'objet peut se déplacer. Que se passerait-il si la force exercée sur un objet était appliquée à un certain angle par rapport à la surface ?
Imagine qu'une boîte soit poussée sur le sol par une forced'une magnitude demais la force est appliquée vers le bas et vers la droite à un angle de 35° par rapport à l'horizontale. Nous devons décomposer la force en composantes, puisque la boîte se déplace horizontalement le long de la surface.
Une force F est appliquée à une boîte à un angle de 35° par rapport à la surface horizontale. La boîte se déplace horizontalement le long de la surface. - Originaux StudySmarter
Nous pouvons dessiner un diagramme de force résultante pour décomposer la force F en une composante horizontale et une composante verticale comme suiten une composante horizontale et une composante verticale, comme suit (les dessins ne sont pas à l'échelle).
Une force de 20 N est résolue en ses composantes horizontale (16 N) et verticale (11 N). - StudySmarter Originals
Si les flèches du diagramme sont dessinées avec précision et à l'échelle, nous pouvons mesurer la composante verticale de la force (en mesurant la longueur de la flèche verticale) qui est deet la composante horizontale (en mesurant la longueur de la flèche horizontale) à. Nous devons nous assurer de les dessiner à l'échelle. Nos flèches doivent former un triangle rectangle, lorsque les flèches représentant les composantes horizontale et verticale de la force résultante sont placées tête-bêche.
La composante verticale de la force équilibre la force de contact normale entre le sol et la boîte. La composante horizontale est responsable du déplacement horizontal de la boîte sur le sol. Si nous pouvons résoudre les forces pour trouver les composantes responsables du déplacement des objets, nous pouvons trouver la force résultante pour n'importe quel nombre de forces agissant sur un objet.
Force résultante - Points clés
- L'effet combiné de plusieurs forces est connu sous le nom de force résultante.
- Lorsque deux forces agissent dans la même direction sur un objet, la force résultante est la somme des deux forces.
- Lorsque deux forces agissent dans des directions opposées sur un objet, la force résultante est la différence entre les deux forces.
- Lorsque les forces sur un objet sont équilibrées, il n'y a pas de force résultante sur l'objet.
- Pour deux forces ,F1 etF2, qui agissent sur un objet dans la même direction, l'équation de la force résultante est la suivante .
- Pour deux forces , F3 et F4, qui agissent sur un objet dans des directions opposées, l'équation de la force résultante est la suivante .
- L'ampleur de la force résultante est la valeur de la force sans le signe moins. C'est la taille de la force.
- La direction de la force résultante sur un objet est la direction dans laquelle l'objet se déplacera.
- Nous devons résoudre les forces appliquées, lorsqu'elles sont appliquées à des angles différents par rapport à la direction du mouvement.
- La composante de la force résultante dans la direction du mouvement est responsable du mouvement.
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Questions fréquemment posées en Force résultante
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