Une voiture continue de rouler en roue libre après que vous avez relâché la pédale d’accélérateur. Une autre voiture freine brusquement et s’immobilise. Une troisième voiture négocie un virage sans changer de vitesse. La physique aborde ces trois cas sous le même angle : qu’est-ce qui provoque une variation de la vitesse d’un objet ?
Le mouvement désigne un changement de position. La grandeur fondamentale est la vitesse , qui indique la rapidité et la direction du changement de position. Son unité SI est le mètre par seconde . La vitesse peut varier de trois manières : son intensité peut augmenter, diminuer ou sa direction peut changer.
Une variation de vitesse correspond à une accélération . L’accélération indique la rapidité de la variation de la vitesse par seconde et s’oriente dans le sens de cette variation. Son unité SI est le mètre par seconde au carré . Lors d’un freinage en ligne droite, la vitesse est dirigée vers l’avant tandis que l’accélération est dirigée vers l’arrière. Lors d’un virage à vitesse constante, la valeur de la vitesse reste inchangée mais sa direction change ; il existe donc une accélération dirigée vers l’intérieur du virage.
Utilisez la situation annotée pour associer les flèches à une situation de freinage réelle et pour distinguer les forces du mouvement qui en résulte.
Une force n’est pas la même chose qu’un mouvement. Les forces sont des causes supposées, tandis que le mouvement est le résultat mesurable.
Une force est une interaction capable de modifier la vitesse d’un objet ou de le déformer. La force est une grandeur vectorielle ; elle possède donc une intensité et une direction. Son symbole standard est et son unité dans le système international (SI) est le newton .
Pour décrire une force en physique, il faut préciser trois éléments : l’agent qui l’exerce, l’objet qui la subit et la direction choisie comme positive. Par exemple, la route peut exercer une poussée vers le haut sur une voiture, tandis que les freins peuvent exercer une poussée vers l’arrière par le biais du frottement au niveau des pneus.
Voici quelques-unes des forces que vous rencontrerez au début de ce cours :
Erreur fréquente : considérer la force comme une propriété intrinsèque de l’objet, telle qu’un ingrédient qu’il contiendrait. Une force résulte d’une interaction entre des objets. Sans interaction, il n’y a pas de force.
La masse mesure l’inertie d’un objet, c’est-à-dire sa résistance aux variations de vitesse. Son unité SI est le kilogramme . Il est plus difficile d’accélérer, de ralentir ou de faire tourner un chariot de supermarché ayant une masse importante, car modifier sa vitesse nécessite une interaction plus forte.
Le poids est une force. Il correspond à l’attraction gravitationnelle exercée sur un objet et est dirigé vers le bas au voisinage de la surface terrestre. Son unité SI est le newton . Le poids dépend de l’intensité locale du champ de pesanteur , qui vaut environ près de la Terre.
La situation physique considérée est celle d’un objet situé près d’une planète, où la gravité est approximativement uniforme à l’échelle de l’objet. Les hypothèses du modèle sont que l’objet est petit par rapport à la planète et que reste sensiblement constant dans la zone de déplacement. Dans ces conditions, le poids est lié à la masse par la relation :
Ici, représente le poids en newtons, la masse en kilogrammes et l’intensité du champ de pesanteur en mètres par seconde au carré. Vérification du cas limite. Si , alors , ce qui correspond à l’idée qu’en l’absence de masse, la gravité n’a rien sur quoi s’exercer.
Comparez les mesures indiquées par la balance sur Terre et sur la Lune pour distinguer ce qui varie — la force gravitationnelle — de ce qui reste constant : l’inertie de l’objet.