La force est une grandeur vectorielle ayant une grandeur et une orientation

1. 
   déformation d’un objet;
   
2. 
   production d’un mouvement dans un objet;
   
3. 
   changement dans le mouvement (vitesse et/ou orientation) d’un objet.
   

La force est une grandeur vectorielle ayant une grandeur et une orientation.

1. 
   Forces de contact :
   

1. 
   Force appliquée (F_a) : force exercée par un moteur ou une personne sur un objet ou un mobile.
   
2. 
   Tension dans une ficelle (T) : force exercée par une ficelle, une corde ou un câble sur un objet attaché à son extrémité.
   
3. 
   Force normale (F_N) : force exercée par une table ou une surface quelconque sur un objet pour opposer son poids. La force normale est toujours perpendiculaire à la surface.
   
4. 
   Frottement (F_fr) : force exercée par l’air sur un objet en mouvement ou par le contact entre deux surfaces. Ce frottement se trouve toujours dans la direction opposée au sens du mouvement.
   

2. 
   Forces à distance :
   

1. 
   Force gravitationnelle (F_g) : attraction qui existe entre deux masses. La plus étudiée est celle de l’attraction d’objets par la Terre.
   
2. 
   Force électrique (F_e) : attraction ou répulsion qui existe entre deux objets chargés.
   
3. 
   Force magnétique (F_B) : attraction qu’exerce un aimant sur un objet ferromagnétique (fait de fer, cobalt ou nickel).
   

1. 
   Objet au repos sur une table.
   

2. 
   Le même objet poussé par une force horizontale.
   

1. 
   Si la force nette agissant sur un système est nulle, on dira que le système est en équilibre de translation et la première loi de Newton s’appliquera. Cette loi énonce que : « Un corps qui n’est soumis à aucune force nette (on dit que l’objet est en équilibre) reste au repos (s’il était au repos) ou continue à se déplacer à un vecteur vitesse constante (si tel était son état). » Ceci est aussi appelé le principe d’inertie. Plus un objet est massif, plus est son inertie, i.e. que plus un objet est massif, plus il a tendance a vouloir rester au repos s’il était au repos et plus il a tendance a vouloir rester en mouvement s’il était en mouvement.
   

2. 
   Si la force nette agissant sur un système n’est pas nulle, le système est en déséquilibre et subira une accélération dont la valeur nous apprendrons à calculer à la section 4 après avoir fait l’étude de la deuxième loi de Newton.
   

3. 
   Force résultante (F_R) versus force équilibrante (F_eq).
   

Si F_R = 0 : Si F_R  0 :

1. 
   Utilise la première loi de Newton pour expliquer comment tu ferais pour faire sortir du ketchup épais d’une bouteille.
   

2. 
   Utilise la première loi de Newton pour expliquer pourquoi une personne sautant du côté d’un wagon roulant à 5 km/h devrait prendre des précautions.
   

3. 
   Dans chacun des cas suivants,
   

1. 
   identifie sur un diagramme les forces exercées,
   
2. 
   dis si la force nette est nulle ou non nulle,
   
3. 
   détermine si l’objet est en équilibre ou en déséquilibre et
   
4. 
   indique si l’objet est arrêté, a un mouvement uniforme ou un mouvement accéléré.
   

1. 
   Une voiture roule sur une route en palier et son indicateur de vitesse indique régulièrement 90 km/h.
   
2. 
   Lorsque les feux de circulation passent au vert, tu retires ton pied de la pédale de frein et tu appuies sur l’accélérateur de ta voiture.
   
3. 
   Ton crayon tombe d’un pupitre.
   
4. 
   Par suite de dégagement fait par une équipe de hockey pour gagner du temps, une
   

4. 
   Dans chacune des situations suivantes, détermine la valeur de la force nette et dis si le système est en équilibre ou en déséquilibre.
   

1. 
   Bebert tire avec une force de 500 N [E] une mule qui lui résiste avec une force de 500 N [O].
   
2. 
   La force d’un moteur d’automobile transmise aux roues est 4,5 kN [S] et le frottement de 3,0 kN [N].
   
3. 
   Un bateau tire un plongeoir avec une force de 110 N [N]; l’eau oppose avec une
   

5. 
   a) Quelle est la force nette sur une pomme qui pèse 1,0 N lorsque tu la tiens au repos au dessus du plancher?
   

6. 
   Explique pourquoi tu ne peux pas diminuer le poids qui s’enregistre sur une balance lorsque tu te pèses si tu tires sur les lacets de tes souliers?
   

7. 
   Dessine un diagramme des forces pour déterminer la force résultante agissant sur l’objet (ou la personne) en italiques dans chacun des exemples suivants. Dis s’il s’agit d’une situation d’équilibre ou de déséquilibre dans chaque cas.
   
   1. 
      Deux adolescents poussent une moto hors route à travers un champ fraîchement labouré. Le premier exerce une force de 400 N [O] sur la moto et le second, une force de 450 N [O]. La résistance due au frottement s’élève à 810 N.
      
   2. 
      Un seau d’eau d’un poids de 80,0 N tombe de l’échafaudage d’un laveur de vitre et aboutit sur le trottoir. (Présume que la résistance de l’air est négligeable.)
      
   3. 
      Un skieur nautique est tiré directement derrière un bateau à une vitesse constante de 20 m/s. La tension dans la corde horizontale est 520 N.
      
   4. 
      Une cage d’ascenseur, contenant des passagers, a un poids de 10 000 N. Le câble de l’ascenseur exerce une force vers le haut de 12 000 N. Le frottement s’opposant au mouvement de l’ascenseur est de 1500 N.
      

8. 
   Une personne ayant un poids de 500 N est attachée comme
   

9. 
   Deux forces horizontales agissent sur un corps placé sur une table. La première force F₁ de 2,0 N est vers le nord et la deuxième force F₂ de 5,0 N s’exerce en direction est.
   

1. 
   Un corps, initialement au repos et dont la masse est de 9,00 kg subit l’action d’une force de 48,0 N pour 3,0 s. Combien loin avancera-t-il
   

1. 
   le graphique F-t;
   
2. 
   le graphique a-t;
   
3. 
   le graphique v-t;
   
4. 
   le graphique d-t.
   

1. 
   Quelle force résultante serait requis pour communiquer à un pamplemousse de 0,50 kg une accélération de (a) 4,0 m·s^-2? (b) 8,0 m·s^-2?
   

2. 
   Quelle accélération résulterait d’une force résultante de 84 N sur chacune des masses suivantes? (a) 4,2 kg (b) 8,4 kg
   

3. 
   Calcule la force résultante agissant sur un camion de 4000 kg qui passe de 22,0 m·s^-1 [N] à 8,00 m·s^-1 [N] en 3,50 s.
   

4. 
   Calcule la grandeur de la force ascendante exercée sur une montgolfière dont la masse totale est de 800 kg correspondant à 7850 N de force gravitationnelle, si elle est accélérée vers le haut à raison de 0,50 m·s^-2.
   

5. 
   Une voiture de 1200 kg se déplaçant à 50 km·h^-1 subit à cet instant une résistance de l’air de 5000 N et un frottement au contact de la chaussée de 2200 N. Si une poussée de 7500 N est exercée sur les roues, quelle est l’accélération de la voiture?
   

6. 
   Quel changement de vitesse vectorielle serait produit par une force résultante de 2,0 x 10⁴ N agissant pendant 6,0 s sur une voiture de course de 2,0 x 10³ kg?
   

7. 
   Une voiture de 1100 kg est mise en marche et accélère à 3,4 m·s^-2.
   

1. 
   Quelle est la force résultante agissant sur elle?
   
2. 
   Si la force horizontale que le moteur exerce sur les roues est de 5600 N, quelle force s’oppose au mouvement de la voiture? Illustre ta réponse par un diagramme des forces.
   

8. 
   Combien de temps faut-il à un cycliste de 50,0 kg enfourchant un vélo de 10,0 kg pour atteindre la vitesse vectorielle de 4,0 m·s^-1 [E] si la force résultante agissant sur le vélo est de 48 N [E]?
   

9. 
   Quelle est la vitesse vectorielle finale d’une motocyclette de 150 kg conduite par un conducteur de 50 kg, qu’une force résultante de 800 N [S] fait accélérer pendant 11,0 s après avoir été mise en mouvement?
   

10. 
    On applique une force de 26 N sur un ensemble de deux chariots reliés par une corde et dont les masses sont respectivement de 5,0 kg et de 8,0 kg. Ils se déplacent sans frottement sur un plan horizontal.
    

1. 
   Quelle accélération la force procure-t-elle à l’ensemble?
   
2. 
   Quelle est la grandeur de la tension dans la corde qui
   

11. 
    Tu tires un traîneau relativement lourd, horizontalement, en
    

13. 
    Si on dit qu’une quantité est proportionnelle à une autre quantité, cela veut-il dire qu’elles sont égales l’une l’autre? Explique brièvement utilisant la force résultante et l’accélération comme exemple.
    

13. 
    Soumis à une force constante, un objet glisse sur une surface lisse horizontale (le frottement étant pratiquement nul). Au cours d’un premier essai qui dure 0,3 s, la vitesse varie de 0,2 m·s^-1 à 0,4 m·s^-1. Au cours d’un second essai, la force exercée est modifiée et, pour la même durée, la vitesse varie de 0,5 m·s^-1 à 0,8 m·s^-1.
    

1. 
   Quel est le rapport existant entre la valeur de la seconde et de la première force?
   
2. 
   Si l’on tire le corps à l’aide de la seconde force pendant 0,9 s, quelle variation de vitesse en résultera-t-il?
   

13. 
    On imprime à un objet placé sur une surface horizontale lisse une traction au moyen d’un anneau élastique dont l’allongement est maintenu constant. Sachant que l’accélération de cet objet est de 15 cm·s^-2, que deviendra la valeur de l’accélération, si, au lieu d’un anneau, on en utilise deux, parfaitement semblables, placés côte à côte et dont l’allongement est le même?
    

13. 
    Une voiture peut accélérer à 3,0 m·s^-2. Que deviendra l’accélération si elle remorque une autre voiture semblable?
    

13. 
    Deux objets accélèrent séparément sous l’effet de la même force. L’objet A accélère à 20 cm·s^-2 et B à 60 cm·s^-2. Quel est le rapport de leurs masses?
    

13. 
    Une force de 5 N donne à une masse m₁, une accélération de a et à une masse m₂ une accélération de 3a. Quelle accélération communiquerait-elle aux deux masses attachées ensemble? (Indice : Il y a deux problèmes dans un ici. Il s’agit premièrement de trouver la valeur de m₁ par rapport à m₂ ou vice versa et deuxièmement de répondre à la question.)
    

13. 
    Une automobile ayant une masse de 1500 kg se déplace avec une vitesse constante de 25 m·s^-1. Quelle force doit-on exercer sur cette automobile si on veut qu’elle s’arrête sur une distance de 75,0 m?
    

13. 
    Calcule la distance de freinage du camion illustré ci-dessous. Le camion dont la masse est de 5000 kg roule initialement à 20,0 m·s^-1 et la grandeur de la force de freinage est de 10 000 N.
    

13. 
    Un lanceur lance une balle rapide à une vitesse de 44 m·s^-1. Pendant le lancement, il accélère la balle sur une distance de 3,5 m. La masse de la balle est de 145 g.
    

1. 
   Quelle accélération le lanceur procure-t-il à la balle?
   
2. 
   Quelle est la grandeur de la force moyenne appliquée à la balle par le lanceur?
   

13. 
    Tu roules à 30,0 m·s^-1 sur une route droite et horizontale, dans une voiture dont la masse totale est de 1000 kg. Soudain, tu aperçois à 75,0 m devant toi un camion qui barre complètement la route. Tu freines à fond ce qui procure à ta voiture une force de freinage de 10 000 N.
    

13. 
    On tire une balle de cartouche dans une pièce de bois de 10,0 cm d’épaisseur. La balle entre dans la pièce avec une vitesse de 500 m·s^-1 et en sort avec une vitesse de 233 m·s^-1. Calcule la force moyenne qui s’est exercée sur la balle dans la pièce de bois. La masse de la balle est 10,0 g.
    

13. 
    Une force nette de 5,0 N est exercée sur un objet de 10,0 kg, initialement immobile, pour 3,0 s. Aucune force est ensuite exercée sur l’objet pour 4,0 s. Trace, pour ces 7,0 s,
    

1. 
   le graphique F-t;
   
2. 
   le graphique a-t;
   
3. 
   le graphique v-t;
   
4. 
   le graphique d-t.
   

13. 
    Le graphique ci-contre montre la variation de
    

13. 
    Quelle est l’accélération d’un objet qui se déplace à une vitesse vectorielle constante? Quelle est la force nette agissant sur l’objet?
    

13. 
    Une fusée devient progressivement plus facile à accélérer à mesure qu’elle se déplace à travers de l’atmosphère. Pourquoi est-ce ainsi?
    

13. 
    Si plusieurs forces, dont la grandeur et l’orientation sont différentes, agissent sur un objet, dans quelle direction l’objet accélérera-t-il?
    

13. 
    Si tu pousses horizontalement sur une boîte avec une force de 50,0 N [E] et que la boîte se déplace à une vitesse vectorielle constante, quelle est la force de frottement agissant sur la boîte? Si tu augmentes la force appliquée, qu’arrivera-t-il au mouvement de la boîte?
    

13. 
    Pour faire glisser un réfrigérateur sur un parquet à une vitesse constante, tu dois faire usage d’une force 200 N. Quelle est la force de frottement qui intervient entre le réfrigérateur et le plancher?
    

13. 
    On passe une rondelle de hockey de 0,16 kg en travers de la patinoire. Sa vitesse vectorielle passe de 0 m·s^-1 à 25 m·s^-1 [S] en 0,050 s. Calcule la force en déséquilibre qu’a exercé le bâton?
    

13. 
    Une certaine force donne à une masse m₁ une accélération de 12,0 m·s^-2 et à une masse m₂ une accélération de 36,0 m·s^-2. Quelle accélération cette même force donnerait-elle si les deux masses étaient réunies.
    

13. 
    Un ballon de soccer dont la masse est 0,44 kg roule à une vitesse vectorielle de 3,0 m·s^-1 [O]. Un joueur lui donne un coup de pied avec une force de 44 N [O]. La durée du contact est de 0,10 s. calcule l’accélération et la vitesse vectorielle finale de ce dernier.
    

13. 
    Placé sur une table horizontale, un bloc de 8,0 kg en position de repos, subit une traction le long de cette table, au moyen d’une force constante de 2,0 N. En 6,0 s, la distance parcourue par le bloc est 3,0 m.
    

1. 
   Quelle est l’accélération de ce corps? (Déterminer à partir de l’information de cinématique et non en utilisant la deuxième loi de Newton. Pourquoi?)
   
2. 
   Quel est le rapport entre la force et la masse?
   
3. 
   Si la réponse trouvé pour (b) n’est pas égale à la réponse trouvée pour (a) (elle ne devrait pas l’être), quelles conclusions peut-on tirer au sujet de ce mouvement? Indique des résultats numériques.
   

13. 
    Une locomotive ayant une masse de 1,0 x 10⁴ kg tire un train de 5,0 x 10⁴ kg de masse et lui donne une accélération de 2,0 km·h^-1·s^-1. Que serait l’accélération en m·s² si la masse du train n’était que 2,0 x 10⁴ kg pour une même force accélératrice?
    
14. 
    Une voiture sport a une masse de 1,2 x 10³ kg. En portant sa vitesse vectorielle de 0 m·s^-1 à 20,0 m·s^-1 [O] en 5,0 s, elle subit un frottement moyen de 5,0 x 10² N [E]. Quelle force totale faut-il exercer sur la voiture durant la période d’accélération? Trace un graphique de la force appliquée en fonction du temps (10 s), si la voiture maintient une vitesse de 20,0 m·s^-1 après les cinq premières secondes.
    

13. 
    Quelle force de friction s’exerce sur une pierre de curling qui a une masse de 18,0 kg et qui s’immobilise en 15,0 s, si la vitesse de cette pierre était de 3,0 m·s^-1 [O]?
    

13. 
    Après avoir été lancée à 40,0 m·s^-1 [N], une balle de 0,15 kg est renvoyée à 30,0 m·s^-1 [S]. La balle et le bâton sont en contact durant 0,020 s. Calcule la force que le bâton exerce sur la balle.
    

13. 
    Un bloc de 3,0 kg se déplace sur une surface horizontale lisse avec une vitesse v_i au temps t = 0. On applique une force de 18 N sur ce corps dans la direction opposée à celle de son mouvement. Sous l’action de cette force, la vitesse du bloc devient égale à la moitié de sa valeur initiale après avoir parcouru 9,00 m.
    

1. 
   Quelle est la valeur de v_i?
   
2. 
   Combien de temps a-t-il mis pour parcourir ces 9,00 m?
   

13. 
    Une pierre de curling (masse = 18,0 kg) traverse la ligne de jeu à une vitesse de 3,0 m·s^-1 [O]. Elle subit pendant 2,0 s une force de frottement de 10,0 N [E].
    

1. 
   Que sera alors sa vitesse vectorielle après ces 2,0 s?
   
2. 
   Quelle distance la pierre parcourra-t-elle en ces 2,0 s?
   

13. 
    Trois blocs sont reliés l’un à l’autre, comme illustré dans la figure ci-dessous, sur une table de friction. Ils sont tirés vers la droite avec une force T₃ = 60,0 N. Si m₁ = 10,0 kg, m₂ = 20,0 kg et m₃ = 30,0 kg, trouve les tensions T₁ et T₂.
    

13. 
    Que sera l’accélération d’un mobile sur roues de 46,8 kg au moment où deux personnes le tirent avec des forces de 224 N[S] et 256 N [S 25,0° E]?
    

1. 
   En conduisant sur la grande route un insecte éclabousse sur ton pare-brise. Lequel est le plus élevé : la force de l’insecte sur ton pare-brise ou la force du pare-brise sur l’insecte?
   

2. 
   Tiens une bande élastique entre tes mains droite et gauche. Tire avec ta main gauche. Est-ce que ta main droite sent une force?
   

3. 
   Tire plus fort avec ta main gauche. Est-ce que ceci change la force appliquée par ta main droite?
   

4. 
   Comment est-ce que la force de ta main gauche, transmise par la bande élastique, est reliée à la force appliquée par ta main droite?
   

Graphique obtenu : F

1. 
   Examine ton graphique. Que peux-tu conclure à propos des deux forces?
   

2. 
   Écris une règle, en mots et qui sera bien comprise par tes confrères de classe, pour la relation entre ces deux forces.
   

3. 
   Peux-tu maintenant réévaluer ta réponse à la question sur l’insecte – pare-brise.
   

1. 
   Une voiture A roule à 60 km/h [N] et entre en collision avec une voiture B roulant à 50 km/h [S].
   
2. 
   Au milieu d’un lac, un canot pointe vers l’ouest. Une plongeuse effectue un plongeon de l’arrière du canot.
   

1. 
   Identifie les forces en relation d’action-réaction dans chacune des
   

1. 
   Tu souffles un ballon et tu y retiens l’air enfermé en serrant l’extrémité du ballon entre le pouce et l’index. Tu orientes ensuite l’extrémité du ballon vers la direction [S.45°O.], puis tu lâches prise.
   
2. 
   Un hélicoptère atterrit sur le toit d’un hôpital.
   
3. 
   La planète Vénus parcourt une orbite circulaire autour du Soleil.
   

2. 
   Un chariot A (masse = 2,0 kg) se déplace à 1,5 m/s [E] quand il heurte un second chariot B au repos. Le chariot A rebondit à une vitesse de 0,30 m/s [O] et l’interaction dure 0,50 s.
   
   1. 
      D’où provient la force exercée sur le chariot A?
      
   2. 
      Calcule la force moyenne exercée par le chariot B sur le chariot A.
      
   3. 
      Qu’elle force le chariot A a-t-il exercée sur le chariot B?
      
   4. 
      Si la masse du chariot B est 3,0 kg, quelle est sa vitesse vectorielle après la collision?
      

1. 
   Manuel : Chapitre 4, pp 118 à 148
   
2. 
   Questions et Problèmes : 4, 8, 9, 11, 12, 33, 36, 38, 41, 42, 49 et 53 à 55.