Une A.M. particulière : la Force

Définition Une force est l’action qu’exerce un solide sur un autre solide lorsqu’ils sont en liaison ponctuelle.

Caractéristiques

La force est définie par :
• un point d’application : le point de contact entre les 2 solides (ici le point A)
• une direction : normale (=perpendiculaire) au plan tangent au contact.
• un sens : du solide 1 vers le solide 2 s’il s’agit de l’A.M. de 1 sur 2.
• une intensité exprimée en Newton (N)

Modèle mathématique

Le modèle mathématique de la force est le vecteur lié ou pointeur, c’est à dire un vecteur auquel on associe un point origine. Pour la force exercée en A par le solide 1 sur le solide 2, on utilisera la notation suivante :dont les propriétés algébrique sont les suivantes :
Coordonnées du point d‘application (en mm ou en m) Composantes algébriques du vecteur
(en N) Norme du vecteur = intensité de la force (en N)

A.M. assimilables à des forces

Le poids d’un solide

La pesanteur ou attraction terrestre agit sur chaque petit élément constituant un solide (A.M. à distance ou volumique).
La somme de ces petites actions mécaniques élémentaires est équivalente à une force dont les caractéristiques sont les suivantes :
 point d’application : G, centre de gravité du solide
 direction : Verticale
 sens : Vers le bas
 intensité : en Newton (N)
: masse du solide en Kg
: accélération de la pesanteur en m.s-2
mais on prendra (2% d’erreur) Cette force notée s’appelle le poids du solide :

Les forces de pression

Un fluide sous pression (air, huile, …) en contact avec un solide exerce sur chaque élément de surface du solide une action mécanique élémentaire (A.M. de contact ou surfacique).La somme de toutes ces A.M. élémentaires est équivalente à une force dont voici les propriétés :

 point d’application : C, centre géométrique de la surface en contact avec le fluide
 direction : normale (perpendiculaire) à la surface
 sens : du fluide vers la surface
 intensité : en Newton (N)
: pression du fluide en Pa (Pascal) ; 1 Pa = 1 N/m2
: surface de contact en m2

Force exercée par un ressort hélicoïdal

Un ressort hélicoïdal se comprime ou s’étire proportionnellement à l’effort qui lui est appliqué.
La force appliquée sur le ressort a les propriétés suivantes :
 point d’application : extrêmité du ressort
 direction : le long de l’axe du ressort
 sens : dépend du sens de déformation du ressort (compression ou extension)
 intensité : en Newton (N)
: raideur du rssort en N/mm
: flèche (déformation du ressort) en mm
Remarque : la raideur d’un ressort dépend du matériau qui le compose (généralement de l’acier spécial dit « acier à ressort »).
Les autres caractéristiques d’un ressort hélicoïdal qui font varier sa raideur sont :
D : diamètre d’enroulement du ressort (k diminue si D augmente)
d : diamètre du fil du ressort (k augmente si d augmente)
n : nombre de spires du ressort (k diminue si n augmente)

Moment d’une force par rapport à un point

Signification physique du moment d’une force

Le moment d’une force par rapport à un point est un outil qui permet de mesurer la capacité de cette force à créer un mouvement rotation autour de ce point.Ex : le moment de la force de l’utilisateur par rapport au point A est sa capacité à faire tourner la porte autour du point A :