Les actions mécaniques
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• reconnaître les effets d'une action mécanique (mettre en mouvement, modifier un mouvement, déformer) ;
• classer une action : de contact ou à distance, localisée ou répartie ;
• modéliser une action par une force et la représenter par un vecteur, à l'échelle ;
• donner les caractéristiques du poids d'un corps et utiliser la relation P = m.g ;
• énoncer le principe d'inertie.
Prérequis : vecteur, mouvement et vitesse, masse.
Situation de départ
Pendant un match, le ballon est posé au point de penalty. Le tireur le frappe : il part à toute vitesse. Le gardien plonge et le dévie du bout des doigts ; le ballon finit dans le filet, qui se creuse sous le choc. Enfin, retombé au sol, il s'arrête.
Qu'est-ce qui met le ballon en mouvement, change sa trajectoire, déforme le filet ? Et pourquoi tout ballon tiré en l'air finit-il par retomber ?
I. Les effets d'une action mécanique
Un corps qui agit (le pied, l'aimant, la Terre...) exerce une action mécanique sur un corps qui la subit (le ballon, la bille...). Les expériences montrent trois effets :
• une action peut mettre en mouvement un corps au repos : on pousse une bille posée sur une table, elle part ;
• une action peut modifier le mouvement d'un corps, c'est-à-dire sa vitesse ou sa trajectoire : un aimant approché d'une bille d'acier qui roule courbe sa trajectoire ;
• des actions peuvent déformer un corps : il en faut au moins deux (on tire un ressort par ses deux bouts, on presse la pâte à modeler entre les doigts).
Une action mécanique est toute cause capable de produire ou de modifier le mouvement d'un corps (vitesse et/ou trajectoire), ou de participer à sa déformation. Mettre en mouvement ou modifier un mouvement est un effet dynamique ; déformer est un effet statique.
Un ressort étiré reprend sa forme quand on le lâche : c'est un corps élastique. La pâte à modeler reste déformée : c'est un corps inélastique (on dit aussi plastique).
II. Classer les actions mécaniques
• Une action est de contact si le corps qui agit touche le corps qui la subit (le pied sur le ballon) ; elle est à distance sinon (l'aimant sur la bille, la Terre sur le ballon qui tombe).
• Une action est localisée si elle s'exerce sur une toute petite surface, presque en un point (un fil accroché à un crochet) ; elle est répartie si elle s'exerce sur une grande surface ou sur tout le volume (le vent sur une voile, la Terre sur tout le corps).
Quelques actions mécaniques
| Action | Contact ou distance | Localisée ou répartie |
|---|---|---|
| un fil qui tient un lustre | de contact | localisée |
| le vent sur la voile d'un bateau | de contact | répartie |
| une table sur un livre posé | de contact | répartie |
| un aimant sur un clou | à distance | répartie |
| la Terre sur un ballon | à distance | répartie |
III. Modéliser une action : la force
1. Les caractéristiques d'une force
Tirons sur un ressort de plus en plus fort : il s'allonge de plus en plus. Tirons puis poussons son extrémité dans la même direction : il s'allonge, puis se raccourcit. Une action mécanique est donc caractérisée par une valeur (on dit aussi intensité), une direction et un sens. Une action localisée a aussi un point d'application.
On modélise une action mécanique par une force, représentée par un vecteur force noté F, dont la valeur, notée F, s'exprime en newtons (N).
Le vecteur force : une flèche qui dit tout
- le point d'application : l'origine de la flèche, là où s'exerce l'action ;
- la direction : la droite qui porte la flèche (la droite d'action) ;
- le sens : celui de la pointe de la flèche ;
- la valeur F : la longueur de la flèche, à l'échelle choisie (par exemple 1 cm pour 10 N).
Sur la figure 1, la force F exercée par la corde sur la caisse a pour caractéristiques : point d'application A ; direction : celle de la corde, à 30° de l'horizontale ; sens : vers le haut et la droite ; valeur F = 30 N. À l'échelle 1 cm pour 10 N, on trace une flèche de 30 / 10 = 3 cm.
2. Mesurer une force : le dynamomètre
Un dynamomètre contient un ressort : plus la force qu'on lui applique est grande, plus le ressort s'allonge. Une graduation donne directement la valeur de la force en newtons. On l'accroche dans la direction de la force à mesurer.
Ordres de grandeur de quelques forces
| Force | Valeur (N) |
|---|---|
| le doigt sur le poussoir d'un stylo | 1 |
| la Terre sur une pomme de 100 g | 1 |
| le vent sur une voile de 20 m2 | 200 |
| un cheval qui tire une charrette | 700 |
| les moteurs d'un avion de ligne | 105 |
| les moteurs d'une fusée au décollage | 107 |
| le Soleil sur la Terre | 3,5.1022 |
IV. Le poids d'un corps
Mimba-Educ ouvre bientôt
Tu as découvert le début de ce cours. La suite s'ouvrira le 22 novembre 2026, jour de l'ouverture officielle du site.
Visiter un autre cours