Forces, actions mécaniques et principe de l’inertie.

1) Un objet en interaction avec un autre objet subit une action mécanique. C’est l’effet réel d’un corps sur un autre.

- Si l’interaction a lieu lorsque les objets se touchent, il s’agit d’une action mécanique de contact. Par exemple, l’action d’une main sur une porte.

- Si l’interaction a lieu lorsque les objets ne se touchent pas, il s’agit d’une action mécanique à distance. Par exemple, l’interaction gravitationnelle (qui donne le poids, action de la Terre sur un objet à sa périphérie). Autre exemple : l’interaction entre deux aimants.

- Pour trouver toutes les interactions : le diagramme objet-interactions. Schéma ci-dessous pour une bille avançant sur une table : on entoure le système étudié et on représente par des doubles flèches les interactions.

2) On représente ces actions mécaniques par des forces qui permettent de représenter :

- Le point d’application de la force. Pour une action de contact, c’est le point de contact (ou le centre de la surface de contact). Pour une action à distance, c’est le centre de gravité.

- La direction : horizontale, verticale, inclinée d’un angle de 30 ° par rapport à l’horizontale, etc. Elle est matérialisée par un segment.

- Le sens : ne pas confondre avec la direction. Le sens est donné par une pointe de flèche associée au segment. Par exemple, une action verticale peut être orientée vers le bas ou le haut : le segment est vertical et la pointe de la flèche vers le bas ou vers le haut.

- La valeur de la force : plus la force est grande (plus la force est intense), plus la longueur de la flèche est grande. Il faut choisir une échelle de représentation (par exemple, pour représenter 5 N, on peut poser que 1 cm représente 1 N. La flèche mesure alors 5 cm).

Ici, l’action de l’air est négligée.

On représente le poids vers le bas et l’action de la table vers le haut (on a décalé les forces pour montrer qu’elles ne s’appliquent pas au même endroit).

3) Le principe de l’inertie : si un corps reste immobile ou s’il se déplace en ligne droite et à vitesse de valeur constante, les forces qui agissent sur ce corps se compensent.

- Si un corps n’accélère pas, c’est que la force exercée vers l’avant est égale à celle exercée vers l’arrière.

- Pour la bille sur la table, la force vers le bas (le poids) est opposée (même longueur mais de sens opposé) à la force vers le haut (la réaction de la table).

4) Exemple : un avion de masse 100 t (tonnes : 1 t = 10³ kg) avance en ligne droite et à vitesse constante. La force de traînée qui agit sur lui (horizontale, dirigée vers l’arrière) vaut 1,5.10⁴ N. Trouver toutes les caractéristiques des autres forces qui agissent sur l’avion.

Réponse : comme l’avion avance en ligne droite et à vitesse constante, il est en mouvement rectiligne uniforme et, selon le principe de l’inertie, toutes les forces qui agissent sur lui se compensent.

Horizontalement, pour compenser la force de traînée, il faut une force de poussée des réacteurs. Elle doit être égale et opposée à la traînée, donc : horizontale, vers l’avant, de valeur 1,5.10⁴N.

Verticalement, l’avion est soumis au poids, vertical, vers le bas, de valeur P = m. g = 100.10³x9,8 = 9,8.10⁵ N. Ce poids doit être compensé par une force, qui doit donc être verticale vers le haut et de valeur 9,8.10⁵ N. Cette force, due aux ailes, est la portance.