Forces, travail et énergie/Les forces

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À chaque fois qu'un système est en interaction avec l'extérieur, il subit une action mécanique. Celle-ci est modélisée par une force extérieure.

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Action mécanique localisée en un point

L'action mécanique est alors modélisée par un vecteur force dont les caractéristiques sont :

• Origine : point d'application de la force
• Direction : celle de la droite d'action de la force
• Sens : celui de l'action mécanique
• Norme : valeur (ou intensité) de la force

Action mécanique répartie

On dit qu'une action mécanique est répartie sur une surface ou un volume lorsque chacun des points de cette surface ou de ce volume est soumis à une action mécanique. On modélise très souvent cette action par un seul vecteur force appliqué en un point du système étudié.

Exemples de forces

Le poids

Définition

Le poids est la force d'attraction gravitationnelle terrestre. C'est une action à distance répartie dans tout le volume.

Voici les caractéristiques du poids :

• Son point d'application est le centre de gravité du solide.
• Sa direction est verticale.
• Son sens est vers le bas.
• Sa valeur est calculée selon la formule suivante : $\|P\|=mg$, avec
  • m : la masse du solide, en kg
  • g : l'intensité du champ de pesanteur terrestre ; il s'agit d'une constante. À Paris, on a $g=9.8N/kg$.

La poussée d'Archimède

C'est la force qui permet par exemple aux bateaux de flotter sur l'eau sans couler tout au fond.

Définition

La poussée d'Archimède est la résultante des forces de pression qui s'exercent sur le solide immergé ou la partie immergée du solide.

C'est une action de contact répartie sur la surface de la partie immergée du solide. On la note généralement ${\vec {\pi }}$ ; ses caractéristiques sont les suivantes :

• Son point d'application est le centre de poussée, c'est-à-dire le centre d'inertie du fluide déplacé.
• Sa direction est verticale.
• Son sens est vers le haut.
• Son intensité est calculée comme étant le poids du fluide déplacé. $\|\pi \|=m_{fluide}g$, avec :
  • $m_{fluide}$ la masse de fluide déplacé
  • $g$ l'intensité du champ de pesanteur terrestre.

Remarque

La masse de fluide déplacé $m_{fluide}$ peut être calculée comme le produit de la masse volumique du fluide $\rho _{fluide}$ et du volume $V_{fluide}$ de fluide déplacé, c'est-à-dire le volume du solide immergé : $m_{fluide}=\rho _{fluide}V_{fluide}$