Représenter les forces. Modéliser. Vecteur-force | Physique-Chimie | BREVET | collège 3e | lycée 2e

Summary

Ce script vidéo présente cinq situations pour illustrer la représentation de forces en physique. Il explique comment identifier l'émetteur et le récepteur de la force, ainsi que les caractéristiques essentielles d'une force : point d'application, direction, sens et valeur. Le script guide les étudiants à dessiner des flèches appropriées pour représenter des forces telles que celle exercée par la main sur un dynamomètre, la force de tension d'une corde par un alpiniste, la force de réaction entre un trombone et un dynamomètre, la force d'un fil retenue par un objet et enfin, l'équilibre des forces sur une sphère posée sur une table. Chaque exemple est détaillé pour montrer comment appliquer les concepts de base de la physique à des situations concrètes.

Takeaways

• 📐 Une force est une interaction mécanique entre deux objets : l'émetteur et le récepteur.
• 📍 Le point d'application d'une force est crucial et doit être précisément identifié lors de sa représentation.
• 🔍 La direction et le sens d'une force sont déterminés par la convention de représentation utilisée, comme l'indique la flèche dans le script.
• 📏 La valeur de la force est essentielle et doit être traduite en unités de mesure appropriées, comme les centimètres pour les newtons.
• 👐 Lors de la représentation de forces, il est important de considérer le contexte (par exemple, si la main pousse ou tire sur un objet).
• ⚖️ L'équilibre des forces est atteint lorsque deux forces agissent sur une même droite, avec des sens opposés et des valeurs égales.
• 🧵 Lorsqu'un objet est soumis à plusieurs forces, comme un fil retenue, il est important de représenter chaque force individuellement.
• 🎛️ Le centre de gravité d'un objet est un point crucial pour déterminer l'application des forces, surtout lorsqu'il est en équilibre.
• 🌐 Le poids d'un objet est une force à considérer, qui agit vers le bas et est égal à la masse multipliée par l'accélération due à la gravité.
• 📏 La longueur de la représentation de la force doit être calculée en fonction de l'échelle donnée (par exemple, 1 newton = 1 cm ou 4 cm).
• 📊 Lors de la représentation de forces sur un diagramme, il est recommandé de décaler légèrement les forces pour faciliter la compréhension visuelle.

Q & A

Quelle est la première situation présentée dans le script pour s'entraîner à représenter des forces ?

La première situation concerne la représentation de la force F exercée par la main sur un dynamomètre.

Quels sont les deux acteurs principaux impliqués dans l'exercice de la force selon le script ?

Les deux acteurs principaux sont l'émetteur de la force et le récepteur, qui est l'objet sur lequel la force est exercée.

Quels sont les caractéristiques d'une force mécanique mentionnées dans le script ?

Les caractéristiques d'une force mécanique sont le point d'application, la direction, le sens et la valeur.

Comment est déterminée la longueur de la flèche représentant la force dans le deuxième exemple avec l'alpiniste et la corde ?

La longueur de la flèche est déterminée en utilisant une échelle où 1 newton est représenté par 1 cm, et la valeur de la force est de 6 N, ce qui donne une flèche de 6 cm de longueur.

Pourquoi les deux forces exercées sur le trombone dans la quatrième situation sont-elles égales et de même longueur ?

Ces deux forces sont égales et de même longueur car l'objet est en équilibre, ce qui signifie que les forces agissent sur la même droite, avec des sens opposés et des valeurs égales.

Quel est le point d'application de la force exercée par le fil sur l'objet étrange dans la cinquième situation ?

Le point d'application de la force exercée par le fil est au centre de gravité de l'objet, qui est sur son axe de symétrie.

Comment est déterminée la longueur de la flèche représentant le poids de l'objet dans la cinquième situation ?

La longueur est déterminée en utilisant une échelle où 1 newton correspond à 0,5 cm, et le poids de l'objet est de 9 newtons, ce qui donne une flèche de 4,5 cm de longueur.

Pourquoi le centre de gravité de la sphère en équilibre sur la table est-il au centre de symétrie de la sphère ?

Le centre de gravité est au centre de symétrie car la sphère est un objet symétrique, et son poids agit verticalement depuis le centre de gravité vers le bas.

Quelle est la valeur de la force exercée par la table pour soutenir la sphère en équilibre ?

La valeur de la force exercée par la table est de 20 N, car la masse de la sphère est de 2 kg, et le poids est calculé comme la masse multipliée par l'accélération due à la gravité (2 kg * 10 N/kg = 20 N).

Pourquoi est-il recommandé de décaler légèrement les forces représentées sur la sphère en équilibre sur la table ?

Il est recommandé de décaler légèrement les forces pour permettre de les distinguer et de mieux comprendre l'interaction entre le poids de la sphère et la réaction de la table.

Outlines

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📏 Mesure de la force avec un dynamomètre

Le paragraphe 1 explique comment mesurer et représenter la force exercée par la main sur un dynamomètre. Il est souligné que la force est un concept mécanique impliquant un émetteur et un récepteur. Les caractéristiques de la force, comme le point d'application, la direction, le sens et la valeur, sont discutées. L'exemple donné utilise une échelle où 1 newton est représenté par 4 cm, et la force mesurée est de 2,5 newtons, ce qui correspond à une flèche de 10 cm. L'importance de comprendre la différence entre pousser et tirer sur le dynamomètre est également mentionnée.

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🧗‍♂️ Représentation de la force dans différentes situations

Le paragraphe 2 décrit comment représenter la force dans diverses situations, notamment avec une corde, un trombone et un objet étrange. Chaque exemple met en évidence la localisation du point d'application, la direction de la force et sa valeur. Par exemple, la force exercée par un alpiniste sur une corde est de 6 N, représentée par une flèche de 6 cm. L'équilibre des forces est également abordé, montrant comment deux forces égales et opposées agissent sur un objet. Les exemples incluent un trombone soumis à une force de rétention et un objet en équilibre avec un fil, où la force du fil est opposée au poids de l'objet. La représentation de la force de réaction de la table sur une sphère en équilibre est expliquée, soulignant que le centre de gravité se trouve au centre de symétrie de l'objet.

Keywords

💡Force

La 'force' est un concept central en physique qui désigne une interaction qui tend à changer le mouvement d'un objet. Elle a pour caractéristiques principales le point d'application, la direction, le sens et la valeur. Dans le script, la force est illustrée par différentes situations, comme la force exercée par la main sur un dynamomètre ou celle exercée par une corde sur un objet.

💡Dynamomètre

Un 'dynamomètre' est un instrument utilisé pour mesurer la force. Dans le script, il est utilisé pour illustrer comment représenter la force exercée par la main, avec une conversion donnée (1 newton = 4 cm) pour déterminer la longueur de l'arrowhead qui symbolise la force.

💡Émetteur et Récepteur

Les termes 'émetteur' et 'récepteur' décrivent les deux acteurs impliqués dans l'interaction de force. L'émetteur est l'objet qui exerce la force, tandis que le récepteur est celui qui la subit. Ces termes sont utilisés pour expliquer la dynamique de la force dans diverses situations décrites dans le script.

💡Point d'application

Le 'point d'application' fait référence à l'endroit où la force est appliquée sur l'objet. Dans le script, il est mentionné comme un élément clé pour représenter correctement la force, que ce soit au point de contact avec un ressort ou au centre d'un objet.

💡Direction et Sens

La 'direction' et le 'sens' de la force déterminent dans quelle mesure et dans quel sens la force est appliquée. Dans le script, ces termes sont utilisés pour décrire la manière dont les forces sont orientées, par exemple horizontalement pour la force exercée par la main sur le dynamomètre.

💡Échelle de conversion

L''échelle de conversion' est utilisée pour traduire la valeur de la force en une unité de mesure graphique, comme les centimètres pour représenter les newtons. Dans le script, elle est appliquée pour déterminer la taille des flèches qui symbolisent visuellement la force.

💡Équilibre

L''équilibre' est un état dans lequel un objet reste stationnaire ou suit un mouvement uniforme en ligne droite, car les forces agissant sur lui sont compensées. Le script explique comment représenter des forces en équilibre, comme celles agissant sur un trombone avec un dynamomètre.

💡Centre de gravité

Le 'centre de gravité' est le point où la gravité agit sur un objet, généralement au centre de masse. Dans le script, il est utilisé pour déterminer où appliquer le poids d'un objet et comment cela affecte la représentation des forces en équilibre.

💡Poids

Le 'poids' est la force exercée par la gravité sur un objet, calculée comme la masse de l'objet multipliée par l'accélération due à la gravité. Dans le script, le poids est mentionné comme l'une des forces à prendre en compte lors de la représentation des forces agissant sur divers objets.

💡Réaction

La 'réaction' est la force exercée par un objet ou une surface en réponse à une force appliquée, selon le principe de l'action et de la réaction de Newton. Dans le script, la réaction est utilisée pour décrire la force exercée par une table qui soutient une sphère en équilibre.

Highlights

Introduction à la représentation de forces avec un dynamomètre.

La force est exercée par un objet sur un autre, impliquant deux acteurs : l'émetteur et le récepteur.

Caractérisation des forces par point d'application, direction, sens et valeur.

Exemple de la force exercée par la main sur un ressort dynamomètre, horizontale et mesurée en newtons.

Méthode de représentation de la force en utilisant l'échelle 1 newton = 4 cm.

Représentation de la force exercée par un alpiniste sur une corde avec l'échelle 1 newton = 1 cm.

Explication de la force exercée par un dynamomètre sur un trombone et son équilibre.

Utilisation de la règle de l'équilibre des forces : même droite d'action, sens opposés et valeurs égales.

Représentation de la force exercée par un fil sur un objet étrange, avec le poids en opposition.

Calcul du poids d'un objet de 0,9 kg et sa conversion en newtons.

Détermination du centre de gravité d'un objet en équilibre et son importance dans la représentation des forces.

Représentation des forces sur un objet avec un axe de symétrie, en utilisant l'intersection des droites d'action.

Exemple de la sphère en équilibre sur une table, soumise à son poids et à la réaction de la table.

Explication du centre de gravité d'une sphère et de la réaction verticale de la table.

Méthode de conversion de la masse en newtons pour déterminer la longueur de la force représentée.

Conseil de décaler légèrement les forces pour une meilleure compréhension visuelle de leur interaction.

Conclusion des 5 situations de représentation des forces avec des exemples pratiques.

Transcripts

5 situations pour s'entraîner à représenter des forces.

Bonjour à toutes ♪ bonjour à tous ♪ Voici la première. La consigne, ici, est de

représenter la force F exercée par la main sur le dynamomètre. Vous êtes déjà

en train de comprendre qu'une force est exercée PAR un objet SUR un autre. Il y a

donc toujours deux acteurs, l'émetteur et le récepteur, celui qui agit, celui qui

subit. J'affiche l'aide. Une force est une action

mécanique dont on connaît les caractéristiques : point d'application,

direction, sens, valeur.

Ça, c'est toujours

vrai. Vous l'avez vu en cours. C'est toujours vrai. Alors, le point

d'application, c'est la croix qui est là. Elle s'applique ici, puisque l'action est

une action de contact, bien localisée, elle va s'appliquer ici au point de

contact, il n'y en a qu'un, donc, ici je me pose pas de questions parce qu'il s'agit

d'un ressort. La direction de la force qui est donnée par le segment qui est là, est

la même que la direction du ressort, ici. Le ressort est horizontal, son axe est

horizontal, donc la force est horizontale. Après, le sens. Il est donné

par la flèche. Alors elle pourrait être dirigée de l'autre côté.

Sauf que si je la dirige de ce côté, ça voudrait dire que la main pousse sur le

dynamomètre. Ça n'est pas le cas. La main tire sur le dynamomètre. Pour ce qui est

de la longueur, ici, eh bien je dois appliquer l'échelle : 1 newton représenté

par 4 cm. Combien de newtons avons-nous? Deux

et demi. Cela fait donc dix centimètres. Voilà donc une flèche horizontale de 10 cm.

C'est la force exercée par la main sur le dynamomètre.

L'exercice suivant. Nous avons un second de cordée. Représenter la force

F de A sur C. Là, je n'utilise que les initiales.

pour simplifier. A pour alpiniste et C pour corde.

C'est donc lui l'auteur et la corde le récepteur.

La valeur est de 6 N. 1 newton représenté par 1 cm.

La force

elle est à peu près localisée, même si elle est répartie sur toute la

main, je mets le point d'application au centre. Ici de la main. J'affiche l'aide,

si vous voulez. Et parce que c'est une corde,

la direction, celle du segment, là,

est la même que celle de la corde. Ce qui

simplifie quand même pas mal le travail.

Donc, cette corde là, orientée ainsi, voilà,

ça va à peu près... il faut que je

fasse la bonne longueur... 1 N ↔ 1 cm, donc si je me mets

sur 10 ici, j'arrive à 16, et j'aurais ici représenté la force exercée par

l'alpiniste sur la corde, F de A sur C. Situation suivante. Ici, il semble

qu'il y ait deux forces. Une en rouge, c'est la force exercée PAR

le dynamomètre D1 sur T, sur le trombone.

Donc, je sais déjà que le point d'application sera SUR le trombone.

C'est marqué ici : sur le trombone. Donc, la petite croix là, elle est sur le

trombone. Il pousse ou il tire le dynamomètre ? Il retient. Il retient, donc la force elle

est comme ça. Il manque que la longueur. La longueur n'est pas bonne. Pour

l'instant, je déplace et puis je ferai la longueur avec l'échelle en dernier.

Comme cet objet est en équilibre, je vous donne l'aide, ici, qui nous dit qu'

"Un corps soumis à deux forces est en équilibre si ces forces ont même droite d'action,

des sens opposés, et des valeurs égales." Ce qui est, somme toute, assez facile à

retenir, ce qui est assez facile à appréhender.

Donc, ces deux forces là sont égales. Je vais faire

2 newtons correspondent à 1,5 cm.

Des newtons, j'en ai 4.

Deux fois plus que deux.

Donc ça fait 3 cm. Ok. 3 cm, ici, je vais me mettre en face de 7, comme ça,

cette flèche fait bien 3 cm. Et si je me mets ici, l'autre flèche qui est opposée,

égale et opposée, va arriver jusque sur le 13 et j'aurai bon. Voici ici les deux

forces qui s'exercent sur ce trombone. Dont on néglige le poids, c'est important.

Situation suivante : Ici, un objet bizarre. Il y a deux forces à représenter.

Alors je vous propose l'aide, si vous voulez faire... si vous voulez lire... vous

appuyez sur la barre d'espace.

La force la plus simple à représenter est celle

exercée par le fil. Enfin, pour l'instant je positionne parce

que c'est une force de contact, très bien localisée. Donc, c'est facile. La croix est

là. Alors, que le poids, il doit être au centre de gravité... pour l'instant je ne

sais pas trop... mais on va s'en sortir. Elle est dirigée vers le haut puisque ce

fil empêche l'objet de tomber.

Donc il le retient. Vers le haut.

Et cette force sera opposée au poids.

Au poids qui est dirigé vers le bas.

Un poids de... alors 0,9 kg. Fois 10 cela fait 9 newtons.

9 newtons cela correspond à 4,5 cm.

On peut donc représenter déjà la force

exercée par le fil sur cet objet-là. 4,5 cm ça fait ça... voilà... donc je vais

ajouter me mettre sur... faire une flèche de 4,5 cm.

Et le poids ? Alors, le poids, j'explique : cet objet, il a un axe de symétrie là, mine de

rien. C'est à dire que son centre de symétrie... son centre de gravité pardon, il est quelque part

sur son axe de symétrie. Comme en plus les 2 forces sont

égales et opposées, on l'a dit tout à l'heure, parce que cet objet est en

équilibre, eh bien le centre de gravité il est là. Il ne peut pas être ailleurs que là.

C'est à dire à l'intersection de la verticale, car les forces sont sur la

même ligne d'action, la même droite d'action, et sur cet axe de symétrie.

L'intersection de ces 2 droites, c'est un point, je peux pas me tromper.

Alors, maintenant il faut que je fasse 4,5... donc je vais me mettre sur 10.

et je vais aller jusqu'à 14,5 et j'aurais représenté les deux

forces qui s'exercent sur cet objet.

Enfin, dernier exemple. Cette sphère, qui est en

équilibre sur une table, qui ne peut pas tomber. Elle est soumise à son poids et elle est

soumise aussi à la réaction de la table qui la supporte, qui l'empêche de

tomber. Donc, le poids quand on a un centre de symétrie (je vous laisse lire

l'aide ici) le poids lorsqu'on a un sens de symétrie, il est... le centre de

gravité se trouve au centre de symétrie.

Donc, ici on applique le poids, en rouge, au centre de gravité.

Je sais que le poids est vertical et dirigé vers le centre de la Terre, vers le bas donc.

Et l'autre force, exercée par la table, eh bien il

n'y a qu'un seul point de contact donc cette force est localisée, ici, et comme ces

deux forces sont opposées, elle sera verticale et dirigée vers le haut.

Il faut que je fasse les bonnes longueurs. 10 N ↔ 2 cm

La masse de la sphère est de 2 kg.

Cela fait donc 20 N.

2 cm pour 10 N, cela fera 4 cm pour le poids.

4 cm pour la

réaction de la table... ça va jusque là... je vais essayer de les décaler.

En toute rigueur ces deux forces se superposent parce qu'elles sont sur la

même ligne d'action, mais est recommandé de les décaler un petit peu pour qu'on

puisse les distinguer, pour qu'on puisse comprendre ce qu'il se passe. Voilà les

5 situations ☺ ♪ ♡