Chapitre 2 : Forces, activités physiques et principe d’inertie Objectifs :
Savoir qu’une force s’exerçant sur un corps peut modifier la valeur de sa vitesse.
Modéliser une action mécanique par une force.
Savoir qu’une force s’exerçant sur un corps peut modifier la direction de son mouvement.
Réaliser et exploiter des enregistrements vidéo pour analyser le mouvement.
Savoir que la modification de la vitesse et/ou de la direction d’un objet dépend de sa masse.
Utiliser le principe d’inertie pour interpréter des mouvements simples en termes de force.
But du sport : Un joueur frappe le palet avec sa crosse et tente de marquer des buts dans la cage adverse.
1/ Actions exercées sur le palet
Quelles sont, au moment où le hockeyeur frappe le palet, les actions exercées sur celui-ci ? On se place dans un référentiel
……… : Il y a :
Des actions ……….., exercées par les objets en contact (crosse et glace). On occultera quasiment tout le temps les frottements dus à la résistance de l’air, sauf si la vitesse est très grande.
Des actions ……….., exercées par des objets distants. Il en existe 3 types, et seulement 3 ! :
Force ………...
Force magnétique.
Force électrique.
Ici, le palet subit 3 actions que l’on peut résumer sous forme d’un
D
………..O
…………..I
………(D.O.I)
: Les actions à distance seront représentées par des flèches en pointillés.
Les actions de contact seront représentées par des flèches pleines.
Il faut noter aussi que le palet exerce en retour une action sur la Terre, la glace et la crosse : On dit qu’il y a ……….
(C’est le principe de l’action/réaction, 3ème loi de Newton).
Applications des DOI dans différents sports :
Dessins des situations DOI des objets ou personnes DOI de la personne :
DOI du skieur:
DOI du footballeur :
DOI du skater :
DOI du danseur homme :
En physique, les actions mécaniques sont très difficiles à étudier (problèmes de surfaces de contact, de formes…) : On fait donc appel à un modèle : les ………..
2/ Forces exercées sur le palet
On modélise une action par une force. Une force est représentée une flèche (en réalité, il s’agit d’un vecteur) qui possède 4 caractéristiques :
Une ………..
Un ………..
Une ……… (ou ……… ou ………) en newton (…….) : Plus la flèche est longue, plus la valeur de la force est ……….
Un ……….. où démarre la flèche.
Bilan des forces appliquées au palet (système : palet ; référentiel : plafond de la patinoire) :
3/ Conséquences sur le mouvement
Si on laisse le palet posé sur la glace sans le frapper, le palet subit son poids
P et la réaction de la glace
R : ces deux forces se ………. parfaitement : le palet reste donc ………..
Quand on frappe le palet, on peut donc dire que le palet est soumis à une ……… de la crosse qui peut avoir pour conséquences :
La ………..
Un ………..
Un………..
Très important : Ces changements dépendent de la ………. du palet : plus le palet est lourd, plus il
……….. de le déplacer. C’est ce qu’on appelle ………..: C’est la résistance qu’oppose un corps à sa mise en mouvement. Plus ce corps est lourd, plus il oppose de résistance et plus il est inerte.
Généralisation : (car c’est comme ça tout le temps !) Une force qui s’exerce sur un corps :
Modifie sa ………..
Modifie ou pas la ……….
Mais peut aussi le déformer : c’est pour cette raison que certaines routes sont interdites aux poids lourds afin de ne pas défoncer les routes.
Application : Si on regardait d’autres sports :
Lancers en athlétisme : Plus l’objet est léger, plus sa mise en mouvement est ……….
Poids (athlé) Record du monde
disque Record du monde
javelot Record du monde
Homme 7.3 kg 23.12 m 2.0 kg 74.08 m 0.82 kg 98.48 m
femme 4.0 kg 22.63 1,0 kg 76.80 m 0.60 kg 72.28 m
Lancers de balles ou boules dans différents sport : (Tennis de table, tennis, pétanque) :
………
………
4/ Le principe d’inertie.
Retour au hockey : Le palet est maintenant lancé sur la glace. Il n’est plus en contact avec la crosse, seulement avec la glace de la patinoire.
Nous allons supposer (ce qui n’est jamais vrai) qu’il n’y a pas de frottements entre la glace et le palet. Le palet est fabriqué en
caoutchouc vulcanisé de 2,54 cm et 7,62 cm de diamètre. Il pèse entre 156 et 170 g. Sa surface diminue très fortement les frottements avec la glace.
Nom de la force Direction Sens valeur Point d’application
P = 10 N
R = 10 N
F = 100 N
Système étudié : ……….
Référentiel :………..
Bilan des forces :
Nom de la force Direction Sens valeur Point d’application
Poids
P (à distance) P = 10 N
Réaction de la glace R (de contact)
R = 10 N
Ces forces sont égales et opposées : elles se compensent et « s’annulent » mutuellement.
Mais alors, comment peut-il avancer si aucune force ne s’exerce sur lui ?
Vous n’êtes pas les premiers à vous poser cette question. Cela a longtemps interloqué les physiciens, pendant des millénaires.
Aristote(-384/-322) Il pensait qu’un objet ne peut être en mouvement que s’il est tiré ou poussé. Il donne pour
illustration l’image de la charrette qui ne se met en mouvement que si elle est tirée par un cheval : PAS DE MOUVEMENT SANS FORCE, l’idée est bonne mais totalement FAUSSE.
« Le corps en mouvement s'arrête quand la force qui le pousse ne peut plus agir de façon à le pousser ».
Galilée(1564/1642)
« Si un corps n'est ni poussé, ni tiré, ni ne subit une action quelconque », (ou plus brièvement si aucune force extérieure n'agit sur un corps), « il se meut »(met en mouvement) « uniformément, c'est à dire toujours avec la même vitesse le long d'une ligne droite ».
Newton(1643/1727)
« Tout corps persévère dans son état de repos (immobile) ou de mouvement rectiligne uniforme , si les forces qui s’exercent sur lui se compensent ou sont nulles ».
Galilée et Newton ont raison :
Enoncé de la première loi de Newton, dite PRINCIPE D’INERTIE qu’il faudra retenir à vie. (Un principe est une loi vérifiée par l’exactitude de ses conséquences) :
Application : La mêlée en rugby.
Application : L’haltérophilie :
5/ Analyse de deux mouvements enregistrés.
Cas n°1 :Palet de hockey
Voici la « chronophotographie » du mouvement palet de hockey. Entre chaque trace s’écoute t = 20 ms.
Observations :
La trajectoire est ……….
Le mouvement est………
Conclusion : Le mouvement est donc ………. et ……… et les forces exercées sur le palet se
………. d’après le principe d’inertie.
Cas n°2 : Chute libre d’un ballon
L’intervalle de temps entre chaque photo est de 50 ms.
Observations :
La trajectoire est……….
Le mouvement est ………...
Conclusion :
Le mouvement est donc ………..et………..et les forces exercées sur le palet ne se ……….. pas : Il n’est soumis qu’à son
………..
Exercices d’application :
