Activité
Activité : : Les actions mécaniques
En mécanique, lorsqu’un objet agit sur un autre objet, on parle d’action mécanique. L’objet qui agit est appelé le donneur, celui qui reçoit le receveur.
1. 1. La notion d’action mécanique La notion d’action mécanique
Ouvrir les vidéos « action n°1 », « action n°2 », « action n°3 » et « action n°4 »
Fig. 1 : Durant une partie de slamball, le sportif peut être en l’air ou
déformer le trampoline Fig. 2 : Lors d’une tête au football, le ballon est mis en mouvement
Fig. 3 : Au cours d’un match de volley-ball, la balle est déviée Fig. 4 : Lors d’une régate, la vitesse du bateau augmente grâce au déploiement de la voile
a) Pour chacune des cinq situations présentées ci-dessus (Fig. 1 à 4), identifier l’objet qui reçoit une action (le receveur) et celui qui l’exerce (le donneur).
b) Pour chacune des actions de la question précédente, préciser :
- s’il s’agit d’une action de contact (contact entre le receveur et le donneur) ou à distance (aucun contact) ; - si cette action est appliquée en un endroit précis du receveur (action localisée) ou sur l’ensemble ou une
partie seulement du receveur (action répartie).
Ces actions, qui ont un effet sur le receveur, sont appelées « actions mécaniques ».
c) Pour chacune des quatre situations présentées ci-dessus, décrire l’effet de l’action mécanique sur le receveur.
d) Si la masse du ballon était plus importante, comment serait modifié l’effet de l’action mécanique exercée par la tête du footballeur (situation 2) ?
Situation Situation Situation Situation Situation Donneur
Receveur Action
(de contact/ à distance) Action
(localisée/répartie) Effet
A RETENIR A RETENIR ::
On retiendra qu’il existe quatre types d’actions mécaniques :
Une action mécanique d’un donneur sur un receveur peut avoir pour effet :
2. 2. Modélisation d’une action mécanique Modélisation d’une action mécanique
L’action mécanique n’est pas directement saisissable et mesurable. Pour pouvoir l’étudier, on la modélise par une grandeur appelée « force ».
Une force est caractérisée par un point d’application, une droite d’action, un sens d’action et une intensité. On la représente par un segment fléché et on la note :
F
donneur receveur/
Le point d’application de la force se situe :
- Au point de contact entre le donneur et le receveur pour une action mécanique de contact ; - Au centre de gravité du receveur pour une action mécanique à distance.
L’intensité d’une force se note Fdonneur receveur/ , elle se mesure à l’aide d’un dynamomètre et s’exprime en newton (symbole : N).
a) Pour chaque action mécanique correspondant aux situations et , préciser les caractéristiques suivantes : - Le point d’application de la force ;
- La droite d’action selon laquelle s’exerce la force ; - Le sens d’action de la force.
Action mécanique de Point d’application Droite d’action Sens d’action
Situation Terre Centre de gravité de
l’athlète
Verticale du lieu considéré
Vers le centre de la Terre
Situation
Situation
b) Pour les situations , et , représenter les forces s’exerçant sur l’objet choisi, par un segment fléché respectant les caractéristiques de la question précédente.
3. 3. Les actions réciproques Les actions réciproques
Un premier dynamomètre A horizontal est attaché à un support fixe. Un second dynamomètre B est accroché au premier et on tire horizontalement sur le dynamomètre B.
Questions :
1) Indiquer quelle force mesure chacun des dynamomètres de l’expérience.
2) Emettre une hypothèse sur les valeurs affichées par les dynamomètres.
3) Réaliser l’expérience et valider ou invalider l’hypothèse de la question précédente.
4) Choisir une échelle adaptée et représenter les forces agissant sur les systèmes {dynamomètre A} et {dynamomètre B} (les poids des dynamomètres seront négligés).
5) Exprimer la relation entre les vecteurs représentant les deux forces en interaction.
B A
CORRECTION CORRECTION
1.
1. La notion d’action mécanique La notion d’action mécanique
Situation Situation Situation Situation Situation
Donneur Terre Athlète Tête du joueur La main
de la joueuse
Air en mouvement
Receveur Athlète Trampoline Ballon Ballon Voile
Action
(de contact/ à distante) À distance De contact De contact De contact De contact Action
(localisée/répartie) Répartie Localisée Localisée Localisée Répartie
Effet
Modification de la vitesse de l’athlète et
changement de direction
Déformation du trampoline
Mise en mouvement
du ballon
Changement de direction du ballon
Augmentation de la vitesse
du bateau
A RETENIR :
On retiendra qu’il existe deux (ou quatre) types d’actions mécaniques :
- Action mécanique de contact : lorsqu’il y a contact entre le donneur et le receveur ; - Action mécanique à distance : lorsqu’il n’y a pas contact entre le donneur et le receveur.
Ces actions peuvent être localisées ou réparties.
Une action mécanique d’un donneur sur un receveur peut avoir pour effet : - La mise en mouvement du receveur ;
- La modification de la trajectoire et/ou de la vitesse du receveur ; - La déformation du receveur.
2. 2. Modélisation d’une action mécanique Modélisation d’une action mécanique
a) Modélisation des actions mécaniques :
Pour les 5 situations, l’action de la Terre est modélisée par le poids, possédant les caractéristiques suivantes :
Terre/objet
F P
– point d’application : le centre de gravité de l’objet d’étude ; – droite d’action : la verticale du lieu considéré ;
– sens : vers le centre de la Terre ;
– intensité : proportionnelle à la masse de l’objet d’étude (P = mg).
Action mécanique de Point d’application Droite d’action Sens d’action Situation Terre Centre de gravité de l’athlète Verticale du lieu
considéré
Vers le centre de la Terre
Situation
Tête Centre de la zone de contact
entre la tête et le ballon Direction de choc Vers le haut Terre Centre de gravité du ballon Verticale du lieu
considéré
Vers le centre de la Terre
Situation Terre Centre de gravité du ballon Verticale du lieu Vers le centre de la
Terre/Ballon
F
Joueur/Ballon
F
Terre/athlète
F F
Main/BallonTerre/Ballon
F
considéré Terre
Main Centre de la zone de contact
entre la main droite et le ballon Direction du tir De la main vers le ballon
b) Représentation des forces :
Source de l’activité Source de l’activité
Activités n°1 et 2 p129 (BORDAS 1ère S, Collection E.S.P.A.C.E. Lycée)
