Pas de panique : on part de ce que tu connais (les interactions de 5eme) et on file directement à l'essentiel pour être opérationnel avant le contrôle.
En 5eme, tu as vu qu'un objet peut agir sur un autre de deux façons :
En 4eme, on appelle ces interactions des forces. On va apprendre à les représenter et à comprendre ce qu'elles provoquent.
Une force est l'action mécanique qu'un objet exerce sur un autre. Elle est invisible, mais ses effets sont bien visibles :
On mesure une force en newtons (N) avec un dynamomètre.
Une force se représente par une flèche. Pour tracer cette fleche, tu dois connaitre 4 caracteristiques :
On choisit une échelle, par exemple : 1 cm represente 2 N (note : $1\text{ cm} \leftrightarrow 2\text{ N}$).
Longueur de la fleche en cm :
$$\ell\ (\text{cm}) = \frac{F\ (\text{N})}{k\ (\text{N/cm})}$$Exemple : une force de $F=10\ \text{N}$ avec l'echelle $1\text{ cm} \leftrightarrow 2\text{ N}$ donne $\ell = \frac{10}{2} = 5\text{ cm}$.
Complete la phrase avec les mots suivants : contact, distance, newtons, fleche.
Une interaction ou les objets se touchent est une interaction de $\underline{\hspace{1.1em}}$. La Terre attire une pomme par une interaction a $\underline{\hspace{1.1em}}$. La force se represente par une $\underline{\hspace{1.1em}}$ et se mesure en $\underline{\hspace{1.1em}}$.
contact ; distance ; fleche ; newtons.
Une interaction ou les objets se touchent est une interaction de contact. La Terre attire une pomme par une interaction a distance. La force se represente par une fleche et se mesure en newtons.
On pousse une chaise sur le sol. La force exercee est horizontale, vers la droite, appliquee au dossier, de valeur $F = 6\text{ N}$. Complete les 4 caracteristiques de cette force.
1) Point d'application : $\underline{\hspace{1.1em}}$
2) Droite d'action : $\underline{\hspace{1.1em}}$
3) Sens : $\underline{\hspace{1.1em}}$
4) Valeur : $F = \underline{\hspace{1.1em}}\text{ N}$
1) Point d'application : dossier de la chaise
2) Droite d'action : horizontale
3) Sens : vers la droite
4) Valeur : F = 6 N
Une main pousse un carton avec une force horizontale vers la droite de $F = 8\text{ N}$. L'echelle choisie est $1\text{ cm} \leftrightarrow 4\text{ N}$. Complete le calcul de la longueur de la fleche.
$\ell = \frac{F}{\dots} = \frac{\underline{\hspace{1.1em}}}{\underline{\hspace{1.1em}}} = \underline{\hspace{1.1em}}\text{ cm}$
$\ell = \frac{F}{k} = \frac{8}{4} = 2\text{ cm}$
Maintenant que l'essentiel est revenu, on structure tout ça proprement : le cours complet, la methode pas-a-pas, et on applique calmement.
Une force est une action mecanique exercee par un objet (l'acteur) sur un autre (le receveur). Elle peut :
En Physique, une force peut cumuler les deux effets (ex : frappe dans un ballon -> deformation locale + mise en mouvement).
Toute force $\vec{F}$ est definie par :
ou $k$ est l'echelle donnee (ex : $1\text{ cm} \leftrightarrow 5\text{ N}$).
Nommer la fleche $\vec{F}$ et noter sa valeur en N.
Un livre est pose sur une table. La table exerce sur le livre une force verticale vers le haut, de valeur $F = 5\text{ N}$, appliquee au centre de la face inferieure du livre. Complete les caracteristiques.
1) Valeur de la force : $F = \underline{\hspace{1.1em}}\text{ N}$
2) Droite d'action : $\underline{\hspace{1.1em}}$
3) Sens : $\underline{\hspace{1.1em}}$
4) Point d'application : $\underline{\hspace{1.1em}}$
1) Valeur : F = 5 N
2) Droite d'action : verticale
3) Sens : vers le haut
4) Point d'application : centre de la face inferieure du livre
Calcule la longueur $\ell$ de la fleche a tracer pour chaque force. Echelle : $1\text{ cm} \leftrightarrow 2\text{ N}$.
a) $F_1 = 4\text{ N}$ : $\ell_1 = \frac{\underline{\hspace{1.1em}}}{\underline{\hspace{1.1em}}} = \underline{\hspace{1.1em}}\text{ cm}$
b) $F_2 = 10\text{ N}$ : $\ell_2 = \frac{\underline{\hspace{1.1em}}}{\underline{\hspace{1.1em}}} = \underline{\hspace{1.1em}}\text{ cm}$
c) $F_3 = 7\text{ N}$ : $\ell_3 = \frac{\underline{\hspace{1.1em}}}{\underline{\hspace{1.1em}}} = \underline{\hspace{1.1em}}\text{ cm}$ (arrondis si besoin)
a) $\ell_1 = \frac{4}{2} = 2\text{ cm}$
b) $\ell_2 = \frac{10}{2} = 5\text{ cm}$
c) $\ell_3 = \frac{7}{2} = 3,5\text{ cm}$
Pour chaque situation, coche si la force produit une deformation, une modification du mouvement, ou les deux. Complete la justification.
a) Un joueur de foot frappe un ballon au repos.
Effet : $\underline{\hspace{1.1em}}$ deformation $\underline{\hspace{1.1em}}$ modification du mouvement $\underline{\hspace{1.1em}}$ les deux
Justification : $\underline{\hspace{1.1em}}$
b) On appuie sur un ressort : il se raccourcit.
Effet : $\underline{\hspace{1.1em}}$ deformation $\underline{\hspace{1.1em}}$ modification du mouvement $\underline{\hspace{1.1em}}$ les deux
Justification : $\underline{\hspace{1.1em}}$
a) les deux. Justification : le ballon se deforme legerement au contact du pied et se met en mouvement.
b) deformation. Justification : le ressort change de longueur, sa forme est modifiee.
Maintenant, on automatise : 5 fois le meme mini-exercice, pour que le calcul de longueur de fleche devienne un reflexe. Tranquille.
Exo 1/5 : Une force $F = 6\text{ N}$ est representee avec l'echelle $1\text{ cm} \leftrightarrow 3\text{ N}$.
Complete le calcul de la longueur de la fleche.
$\ell = \frac{\underline{\hspace{1.1em}}}{\underline{\hspace{1.1em}}} = \underline{\hspace{1.1em}}\text{ cm}$
$\ell = \frac{6}{3} = 2\text{ cm}$
Exo 2/5 : Une force $F = 9\text{ N}$ est representee avec l'echelle $1\text{ cm} \leftrightarrow 3\text{ N}$.
Complete le calcul de la longueur de la fleche.
$\ell = \frac{\underline{\hspace{1.1em}}}{\underline{\hspace{1.1em}}} = \underline{\hspace{1.1em}}\text{ cm}$
$\ell = \frac{9}{3} = 3\text{ cm}$
Exo 3/5 : Une force $F = 12\text{ N}$ est representee avec l'echelle $1\text{ cm} \leftrightarrow 4\text{ N}$.
Complete le calcul de la longueur de la fleche.
$\ell = \frac{\underline{\hspace{1.1em}}}{\underline{\hspace{1.1em}}} = \underline{\hspace{1.1em}}\text{ cm}$
$\ell = \frac{12}{4} = 3\text{ cm}$
Exo 4/5 : Une force $F = 15\text{ N}$ est representee avec l'echelle $1\text{ cm} \leftrightarrow 5\text{ N}$.
Complete le calcul de la longueur de la fleche.
$\ell = \frac{\underline{\hspace{1.1em}}}{\underline{\hspace{1.1em}}} = \underline{\hspace{1.1em}}\text{ cm}$
$\ell = \frac{15}{5} = 3\text{ cm}$
Exo 5/5 : Une force $F = 8\text{ N}$ est representee avec l'echelle $1\text{ cm} \leftrightarrow 2\text{ N}$.
Complete le calcul de la longueur de la fleche.
$\ell = \frac{\underline{\hspace{1.1em}}}{\underline{\hspace{1.1em}}} = \underline{\hspace{1.1em}}\text{ cm}$
$\ell = \frac{8}{2} = 4\text{ cm}$
Te voila pret pour le controle. On passe aux exercices type brevet : reconnaissance des caracteristiques, calculs d'echelle, effets cumules, et un petit probleme avec reaction du support.
Exercice 1 : Identifier les caracteristiques (4 pts)
Un magnet attire un clou situe juste en dessous de lui. La force exercee par le magnet sur le clou est verticale, vers le haut, de valeur $F = 2\text{ N}$, appliquee au centre du clou. Reponds aux questions suivantes.
a) Quelle est la valeur de cette force ?
b) Quelle est sa droite d'action ?
c) Quel est son sens ?
d) Ou se trouve son point d'application ?
a) Valeur : F = 2 N.
b) Droite d'action : verticale.
c) Sens : vers le haut.
d) Point d'application : centre du clou.
Exercice 2 : Calculer la longueur de la fleche (6 pts)
Pour chaque force, calcule la longueur $\ell$ de la fleche a tracer avec l'echelle indiquee.
a) $F_1 = 6\text{ N}$, echelle : $1\text{ cm} \leftrightarrow 3\text{ N}$.
b) $F_2 = 20\text{ N}$, echelle : $1\text{ cm} \leftrightarrow 5\text{ N}$.
c) $F_3 = 10\text{ N}$, echelle : $1\text{ cm} \leftrightarrow 4\text{ N}$.
a) $\ell_1 = \frac{6}{3} = 2\text{ cm}$.
b) $\ell_2 = \frac{20}{5} = 4\text{ cm}$.
c) $\ell_3 = \frac{10}{4} = 2,5\text{ cm}$.
Exercice 3 : Effets des forces (4 pts)
Pour chaque situation, indique si la force produit une deformation, une modification du mouvement, ou les deux. Justifie brievement.
a) Un joueur rattrape un ballon avec ses mains et le bloque contre sa poitrine.
b) On accroche une masse a un ressort vertical : le ressort s'allonge.
c) Un cycliste freine et ralentit.
d) On ecrase une canette vide.
a) Les deux : le ballon se deforme legerement au contact des mains et son mouvement s'arrete (modification du mouvement).
b) Deformation : le ressort change de longueur.
c) Modification du mouvement : la vitesse diminue.
d) Deformation : la canette change de forme.
Exercice 4 : Probleme — Le poids d'un cartable (6 pts)
Un cartable pose sur le sol exerce sur celui-ci une force verticale vers le bas (son poids) de valeur $P = 16\text{ N}$.
a) Cra le dessin de la situation. L'echelle choisie est $1\text{ cm} \leftrightarrow 4\text{ N}$. Calcule la longueur de la fleche representant $P$.
b) Decris les 4 caracteristiques de cette force (point d'application, droite d'action, sens, valeur).
c) Le sol exerce en retour sur le cartable une force de meme valeur mais de sens oppose (reaction normale). Quelle est la longueur de la fleche representant cette reaction ?
a) On applique la relation entre la longueur de la flèche et l'échelle choisie :
$\ell = \dfrac{P}{\text{échelle}} = \dfrac{16}{4} = 4\text{ cm}$.
La flèche de 4 cm est tracée verticalement vers le bas, à partir du point de contact entre le cartable et le sol.
b) Les quatre caractéristiques de la force exercée par le cartable sur le sol :
Point d'application : la surface de contact entre le bas du cartable et le sol.
Droite d'action : verticale.
Sens : vers le bas.
Valeur : $P = 16\text{ N}$.
c) La réaction normale est la force exercée par le sol sur le cartable. Elle a la même valeur (16 N), donc à la même échelle :
$\ell = \dfrac{16}{4} = 4\text{ cm}$, flèche verticale vers le haut, depuis le même point de contact.
Tu maitrises les forces ? Voici deux ouvertures vers le programme de 3eme : combiner plusieurs forces (le poids et la reaction) et associer a la gravitation universelle (la force a distance de Newton). Un apercu, pour prendre de l'avance.
En 3eme, tu apprendras a additionner des forces pour savoir si un objet est en equilibre ou si le mouvement change. Par exemple, un livre pose sur une table est immobile car son poids (vers le bas) est compense par la reaction du support (vers le haut) : les deux forces s'annulent.
Autre prolongement : la force de gravitation universelle de Newton, qui depend de la masse des deux corps et de la distance entre eux. C'est cette force qui explique la chute d'une pomme... et le mouvement de la Lune autour de la Terre.
Exercice 1 : Equilibre d'un objet pose
Un vase de masse $m = 2\text{ kg}$ est pose sur une table. La Terre exerce sur lui un poids $P$ vertical vers le bas. On rappelle qu'en 3eme, on utilise $P = m \times g$ avec $g \approx 10\text{ N/kg}$.
a) Calcule la valeur du poids $P$ du vase.
b) La table exerce sur le vase une force de reaction $\vec{R}$, verticale vers le haut, de meme valeur que $P$, appliquee au point de contact vase-table. Decris les 4 caracteristiques de $\vec{R}$.
c) Si on represente $\vec{R}$ a l'echelle $1\text{ cm} \leftrightarrow 5\text{ N}$, quelle sera la longueur de la fleche ?
a) $P = m \times g = 2 \times 10 = 20\text{ N}$.
b) Point d'application : point de contact vase-table. Droite d'action : verticale. Sens : vers le haut. Valeur : R = 20 N.
c) $\ell = \frac{20}{5} = 4\text{ cm}$.
Exercice 2 : Force de gravitation et force de contact — reflechir
Un satellite en orbite autour de la Terre subit une force de gravitation. Sur Terre, un livre pose au sol subit aussi cette force (son poids).
Peux-tu expliquer pourquoi le livre reste immobile au sol alors que le satellite se deplace ? Quelle autre force agit sur le livre ? Quelle est la nature de cette autre force (contact ou distance) ?
Le livre reste immobile car il subit aussi une force de reaction du sol (force de contact) qui compense le poids. Le satellite, lui, n'a pas de support pour le compenser, donc il tombe... tout en allant assez vite pour rester en orbite (vu en 3eme). La force de reaction du sol est une force de contact.
Fiche gratuite créée par Vidyalaya, association d'éducation populaire — soutien scolaire, FLE & DELF, libre et gratuit pour tous.
Tu bloques encore ? Écris-nous, on t'aide gratuitement : contact@vidyalaya.fr.
Fiche librement réutilisable sous licence CC BY-SA 4.0 — copiez, imprimez, adaptez, en citant Vidyalaya et en conservant la même licence.