En termes simples, une force n'est rien d'autre qu'une poussée ou une traction. En termes scientifiques, une force est un mouvement produit par un objet résultant de son interaction avec un autre objet ou un champ, tel qu'un champ électrique ou gravitationnel.
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Inscris-toi gratuitementEn physique, qu'est-ce qui fait qu'un objet est poussé ou tiré ?
Peux-tu déplacer un corps d'un point à un autre si un couple est appliqué ?
Une force agissant sur un corps peut :
Que mesure le moment d'une force ?
Dans un couple, la somme des forces résultantes est-elle égale à zéro ?
Dans un couple, la distance du pivot par rapport aux deux forces doit-elle être la même ?
Une force appliquée de 2N produit un moment de 16 Nm. Quelle est la distance entre la force appliquée et le pivot ?
En physique, qu'est-ce qui fait qu'un objet est poussé ou tiré ?
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Dans un couple, la somme des forces résultantes est-elle égale à zéro ?
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Équipe enseignants Force, Énergie et Moments
Sauter à un chapitre clé
Bien sûr, une force ne sert pas seulement à pousser ou à tirer des objets. Nous pouvons, en fait, réaliser trois types de fonctions avec une force.
L'énergie est la capacité de faire un travail, alors que le travail est égal à la force appliquée pour déplacer un objet d'une certaine distance dans la direction déterminée par cette force. L'énergie est donc la quantité de travail appliquée à l'objet par cette force. La particularité de l'énergie est qu'elle peut être transformée.
La conservation de l'énergie stipule que l'énergie n'est transférée d'un état à un autre que de façon à ce que l'énergie totale d'un système fermé soit conservée.
Par exemple, lorsqu'un objet tombe, son énergie potentielle est convertie en énergie cinétique, mais la somme totale des deux énergies (l'énergie mécanique du système) est la même à chaque instant de la chute.
L'effet de rotation ou la force produite autour d'un pivot s'appelle le moment d'une force ou d'un couple. Les charnières d'une porte qui s'ouvre ou un écrou tourné par une clé sont des exemples de pivots. Le desserrage d'un écrou serré et l'ouverture d'une porte autour d'une charnière fixe impliquent tous deux un moment.
Bien qu'il s'agisse d'un mouvement de rotation autour d'un pivot fixe, il existe également d'autres types d'effets de rotation.
Outre l'aspect rotatif, il faut également noter le sens dans lequel l'objet se déplace. Par exemple, dans le cas d'une horloge analogique, toutes ses aiguilles tournent dans le même sens autour d'un pivot fixe situé en son centre. Le sens, dans ce cas, est celui des aiguilles d'une montre.
Lorsqu'un moment ou un effet de rotation d'une force autour d'un point produit un mouvement dans le sens des aiguilles d'une montre, ce moment est dans le sens des aiguilles d'une montre. Dans les calculs, on considère qu'un moment dans le sens des aiguilles d'une montre est négatif.
De même, lorsqu'un moment ou un effet de rotation d'une force autour d'un point produit un mouvement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, ce moment est dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Dans les calculs, nous considérons qu'un moment dans le sens inverse des aiguilles d'une montre est positif.
L'effet de rotation d'une force, également appelé couple, peut être calculé à l'aide de la formule :
\[T = r \cdot F \sin(\theta)\]
Dans ce diagramme, deux forces agissent :F1 etF2. Si nous voulons trouver le moment de la forceF1 autour du point de pivot 2 (où la forceF2 agit), nous pouvons le calculer en multipliantF1 par la distance entre le point 1 et le point 2 :
\[\text{Moment de la force} = F_1 \cdot D\]
Cependant, pour calculer le moment de la forceF2 autour du point de pivot 1 (où la forceF1 agit), nous devons improviser un peu. Jette un coup d'œil à la figure 6 ci-dessous.
F2 n'est pas perpendiculaire à la tige. Nous devons donc trouver la composante de la forceF2 qui est perpendiculaire à la ligne d'action de cette force.
Dans ce cas, la formule devientF2 sin𝜭 (où 𝜭 est l'angle entreF2 et l'horizontale). La formule pour calculer le couple autour de la forceF2 est donc :
\[\text{Moment de la force} = F_2 \cdot \sin(\theta) \cdot D\]
Le principe du moment stipule que lorsqu'un corps est en équilibre autour d'un point pivot, la somme des moments dans le sens des aiguilles d'une montre est égale à la somme des moments dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Nous disons que l'objet est en équilibre et qu'il ne bougera pas à moins que l'une des forces ne change ou que la distance du pivot de l'une ou l'autre des forces ne change. Vois l'illustration ci-dessous :
Calcule la distance du pivot de la force 250N qui doit être appliquée pour que la balançoire soit équilibrée si la force sur l'autre extrémité de la balançoire est de 750N avec une distance de 2,4m du pivot.
La somme des moments dans le sens des aiguilles d'une montre = la somme des moments dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
\[F_1 \cdot d_1 = F_2 \cdot d_2\]
\N- 750 \Ndot d_1 = 250 \Ndot 2.4\N]
\N- [d_1 = 7,2 \N espace m\N]
Par conséquent, la distance de la force 250 N doit être de 7,2 m du pivot pour que la balançoire soit équilibrée.
En physique, un moment de couple correspond à deux forces parallèles égales, qui sont dans des directions opposées l'une à l'autre et à la même distance du point de pivot, agissant sur un objet et produisant un effet de rotation. Un exemple serait celui d'un conducteur qui tournerait le volant de sa voiture avec ses deux mains.
La caractéristique d'un couple est que, bien qu'il y ait un effet de rotation, la somme des forces résultantes est nulle. Il n'y a donc pas de mouvement de translation mais seulement de rotation.
Pour calculer le moment d'un couple, il faut multiplier l'une ou l'autre des forces par la distance qui les sépare. Dans le cas de notre exemple ci-dessus, le calcul est le suivant :
\[\text{Moment d'un couple} = F \cdot S\]
Comme l'unité d'une force est le Newton et l'unité de la distance le mètre, l'unité du moment devient le Newton par mètre (Nm). Un couple est donc une quantité vectorielle puisqu'il a une magnitude et une direction.
Le moment d'une force de 10 N autour d'un point est de 3 Nm. Calcule la distance du pivot par rapport à la ligne d'action de la force.
\[\text{Moment de la force} = \text{Force} \cdot \text{Distance}\]
\(3 \space Nm = 10 \cdot r\)
\(r = 0,3 \space m\)
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Gabriel Freitas is an AI Engineer with a solid experience in software development, machine learning algorithms, and generative AI, including large language models’ (LLMs) applications. Graduated in Electrical Engineering at the University of São Paulo, he is currently pursuing an MSc in Computer Engineering at the University of Campinas, specializing in machine learning topics. Gabriel has a strong background in software engineering and has worked on projects involving computer vision, embedded AI, and LLM applications.
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