CHAP II: INTERACTION GRAVITATIONNELLE - ACTIONS MECANIQUES

1) L’interaction gravitationnelle

L’attraction de la Terre maintient la Lune sur son orbite : celle-ci ne s’en éloigne ni ne s’en rapproche.

Schéma de la trajectoire sans attraction et de la trajectoire avec attraction

De la même façon, le Soleil exerce une attraction sur toutes les planètes qui orbitent autour de lui : c’est la gravitation.

La gravitation est une interaction attractive à distance entre deux objets qui ont une masse.

Loi de gravitation universelle : cette interaction gravitationnelle entre deux corps de masse m₁ et m₂ séparés par une distance d est proportionnelle aux masses m₁ et m₂, et inversement proportionnelle au carré de la distance d². (F=6,67x10^-11x m₁x m₂/d²)

2) Relation entre poids et masse

La masse d’un objet caractérise la quantité de matière (atomes ou molécules) contenue dans cet objet. L’unité de masse est le kilogramme (Kg). La masse reste constante quel que soit le lieu.

Le poids d’un objet est l’action à distance qu’exerce la Terre sur cet objet, qui s’exerce selon la verticale du lieu et vers le bas. C’est une manifestation de la gravitation. L’unité du poids est le Newton (N). Le poids dépend du lieu (plus l’objet est loin du centre de la Terre, plus son poids est faible).

On montre que le poids et la masse sont proportionnels. La relation entre le poids et la masse s’écrit :

P = mxg

Où P est le poids en N, m la masse en Kg et g l’intensité de la pesanteur en N/Kg

A la surface de la Terre, g vaut environ 10N/Kg

3) Les actions mécaniques et leurs effets :

Une action mécanique exercée sur un objet peut avoir comme conséquence:

- Une mise en mouvement de l’objet (footballeur qui tape dans un ballon)

- Une modification de la trajectoire ou de la vitesse de l’objet (tennisman qui renvoie la balle)

- Une déformation de l’objet (sauteur qui déforme la perche)

Une action mécanique est toujours exercée par un objet (l’acteur) sur un autre objet (le receveur)

Lorqu’un objet A exerce une action sur un objet B, alors l’objet B exerce sur l’objet A une action opposée : on dit que les objets A et B sont en interaction.

Les actions de contact nécessitent que l’acteur et le receveur se touchent. La zone de contact peut être réduite  à un point (lanceur de javelot), ou répartie sur une surface (vent sur une voile).

Les actions à distance s’exercent sans qu’il y ait contact entre l’acteur et le receveur (ex : actions électriques, magnétiques et de pesanteur). Elles sont réparties dans tout le volume de l’objet.

4) Modélisation d’une action mécanique par une force :

Une action mécanique est modélisée par une force, définie par:

- un point d’application (point où s’exerce l’action)

- une direction (axe le long duquel s’exerce l’action)

- un sens (droite, gauche, bas, haut)

- une valeur qui s’exprime en newton (N).

Exemple : le poids :

-Le point d’application est le centre de gravité de l’objet

-La direction est verticale

-Le sens est vers le bas

-La valeur est P=mxg

L’appareil qui mesure la valeur des forces est le dynamomètre (ressort qui s’allonge ou se déforme quand un objet y est suspendu).

Une force peut être représentée par un segment fléché dont l’origine, la direction et le sens sont ceux de la force, la longueur du segment étant proportionnelle à la valeur de la force.

On désigne une force par la notation F_{acteur/receveur}

5) Conditions d’équilibre d’un objet soumis à deux forces :

Un objet est en équilibre lorsqu’il est immobile. Si l’objet est soumis à deux forces, alors celles sont ont les propriétés suivantes :

- Elles ont la même direction

- Leurs points d’application sont situés sur le même axe

- Elles ont la même valeur

- Leur sens sont opposés.

Activité expérimentale :

Mesurer les caractéristiques d’une force de traction