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En physique, la force est un modèle qui sert à étudier l'accélération ou la déformation d'un corps. Le concept de force fut décrit par Archimède.
| Table of contents |
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2 Quelques exemples de forces 3 Force, travail et énergie |
Le modèle utilisé est un vecteur, souvent noté . Le sens et la direction du vecteur indiquent la direction et le sens de l'accélération ou de la déformation, la longueur du vecteur indique l'intensité de l'action. Cette intensité est exprimée newton (N), homogène à des kg.m.s-2.
Le point d'application est l'endroit de l'objet où le phénomène exerce son action. Cette action peut être transmise aux auxtres points de l'objet par déformation élastique, par exemple, si l'on pousse une voiture, la force exercée par la paume de la main est transmise au reste du véhicule. Pour les forces qui s'exercent sur la totalité de l'objet, comme le poids, on considère que le point d'application est le barycentre , encore appelé "centre de masse" ou "centre de gravité".
Les phénomènes qui provoquent l'accélération ou la déformation sont très divers, on distinguent donc plusieurs types de forces, mais qui sont tous modélisés par ce même objet (vecteur force) ; par exemple, on peut classer les forces selon leur distance d'action :
Dans le cas le plus simple de la déformation élastique, l'allongement ou la compression modérée du ressort dans l'axe, la force est proportionnelle à l'allongement relatif, soit à une dimension :
Lorsqu'une force s'exerce sur une surface, il est parfois intéressant de considérer la répartition de la force selon la surface. Par exemple, si l'on enfonce une punaise dans du bois, la punaise s'enfonce car la force est répartie sur une toute petite surface (l'extrémité de la pointe) ; si l'on appuie simplement avec le doigt, le doigt ne va pas s'enfoncer dans le bois car la force est répartie sur une grande surface (l'extrémité du doigt). Pour ce type d'études, on divise l'intensité de la force par la surface sur laquelle elle s'exerce, c'est la pression. Au sein d'un matériau solide, cette pression est appelée contrainte (stress).
L'énergie fournie par l'action d'une force est appelé travail.
En physique, force et énergie sont deux manières différente de modéliser les phénomènes. Selon les cas, on préfère l'une ou l'autre expression. Par exemple, on pourra traiter la chute d'un objet avec les forces (loi de Newton, l'accélération est proportionnelle à la force et inversement proportionnelle à la masse) ou avec les énergies (la diminution de l'énergie potentielle de gravité est égale à l'augmentation de l'énergie cinétique). En fait, la force est la dérivée de l'énergie, et que l'énergie est l'intégrale de la force.
Le vecteur force
Quelques exemples de forces
Dans le cas de l'accélération, le rapport entre la force et le mouvement est donné par la loi de Newton,ou "principe fondamental de la dynamique" :
où est la quantité de mouvement (ou impulsion) de l'objet (c'est-à-dire la produit de la masse par la vitesse) et t est le temps. Si la masse est constante, alors on a
où est l'accélération.
où k est la constante de raideur du ressort et Δl est sa variation de longueur (longueur finale moins longueur initiale). La déformation des solide est étudiée par la mécanique des milieux continus (MMC).Force, travail et énergie