Les forces en 12 étapes : qui pousse, qui tire, comment on mesure une force, comment on la dessine. Et la grande idée du chapitre : une force n'est jamais seule.
Les étapes suivent ton cours dans l'ordre : ce qu'est une force et comment on la mesure, puis comment on la dessine, ensuite les forces réciproques, et pour finir les déplacements, les types d'interactions, les effets des forces et un peu d'histoire. Bouge les curseurs, touche les dessins, fais les mini-défis. Les encadrés jaunes montrent les pièges, dont plusieurs viennent de tes propres feuilles.
Quand un objet en pousse, en tire, en soulève, en retient ou en supporte un autre, il exerce sur lui une force. Il y a toujours deux acteurs : celui qui agit, l'objet A, et celui qui subit, l'objet B.
On accroche un ressort à un statif, un support de laboratoire. Avec la main, on tire dessus : le ressort s'allonge. On tire plus fort : il s'allonge encore plus.
Pourquoi ? Le ressort se déforme parce qu'il subit une force, exercée par la main. Plus la force est grande, plus il s'allonge.
En classe, on a ensuite remplacé le ressort par un dynamomètre (étape 3) : il indiquait 2 N la première fois, et 4 N quand on tirait plus fort. Essaie avec le curseur.
Tout corps matériel, vivant ou non, est appelé objet. Si un objet A soulève, pousse, tire, retient, supporte… un objet B, on dit que l'objet A exerce une force sur l'objet B.
L'objet A EXERCE la force, l'objet B la SUBIT.
Lis la phrase et pose-toi une seule question : qui fait l'action ? C'est l'objet A. Celui qui la reçoit, c'est l'objet B. Ici, touche l'objet A.
La phrase à l'envers. « La branche est portée par l'épaule du castor. » Le premier mot n'est pas forcément l'objet A ! Qui porte ? L'épaule. Donc A = l'épaule du castor, B = la branche.
Le vent est un objet. On ne le voit pas, mais c'est de l'air, donc de la matière. Dans ton exercice de la voile, tu as écrit « main » pour l'objet A : c'est le vent qui pousse la voile.
Le mot juste. Sur ta feuille : « le ressort se retire d'avantage ». Il s'étire davantage, il s'allonge (se retirer, c'est s'en aller !).
Pour dire combien une force est forte, on la mesure. La force est une grandeur physique : sa valeur s'écrit avec un nombre et une unité, le newton, de symbole N.
La longueur d'une table se mesure : 1,20 m. La durée d'un cours aussi : 50 min. Mais la beauté d'un tableau ? L'habileté d'un joueur ? Aucun instrument ne les mesure, et chacun a son avis. Les premières sont des grandeurs physiques, les autres non.
Dans ton cours, il y a 12 mots à trier. Pour chacun : grandeur physique ou pas ?
On appelle grandeur physique, ou simplement grandeur, toute propriété scientifique qui peut être quantifiée par la mesure ou le calcul, et dont les différentes valeurs possibles s'expriment à l'aide d'un nombre accompagné d'une unité de mesure (sauf exception).
Une force se mesure en newtons (symbole N), du nom d'Isaac Newton, un savant que tu retrouveras à l'étape 11.
1 N, c'est à peu près la force qu'il faut pour tenir une petite pomme de 100 g dans ta main. Pas grand-chose !
Voici les forces de ton cours, de la plus petite à la plus grande. Devine la valeur, puis touche la ligne pour la voir.
D'une ligne à la suivante, la force est multipliée par 10. C'est la notation scientifique de ton cours de maths : 1 000 000 N = 106 N, et 0,1 N = 10−1 N.
Le symbole s'écrit avec un N majuscule : 4 N. Le nom de l'unité s'écrit en minuscules : 4 newtons. Et une valeur ne s'écrit jamais sans son unité : « 4 » tout seul ne veut rien dire.
Le dynamomètre est l'instrument qui mesure les forces. Dedans, un ressort : plus on tire, plus il s'allonge, et un curseur montre la valeur sur une graduation en newtons.
Un tube droit. Un curseur descend le long d'une graduation quand le ressort s'allonge.
Un cadran rond, comme une horloge. Une aiguille tourne et montre la valeur.
Chaque dynamomètre est calibré : la valeur inscrite dessus (1 N, 2 N, 10 N…) indique la force maximale qu'il peut mesurer.
Touche un numéro ou une partie du dessin.
Les 8 mots de ton exercice : anneau de suspension, vis de réglage, boîtier transparent, ressort, curseur coloré, graduation, tige métallique, crochet.
L'unité oubliée. Dans ton exercice 3b, tu as écrit « 0,9 », « 9,1 », « 4,5 »… sans N. Une valeur sans unité est fausse.
Le « ×0,1 N » du cadran. Sur l'évaluation formative, au dynamomètre n°2, le cadran dit ×0,1 N : l'aiguille sur 3, c'est 3 × 0,1 = 0,3 N, et non 3 N.
Lire trop vite. Au n°3 de l'exercice 3b, le curseur est entre 4 et 4,5, plus près de 4 : environ 4,2 N, pas 4,5. Compte les petits traits.
Pour dessiner une force, tout le monde utilise le même modèle : une flèche, qu'on appelle un vecteur (un segment de droite orienté). Elle a 4 caractéristiques : un point d'application, une droite d'action, un sens et une intensité.
Dans ce modèle, l'objet sur lequel s'applique la force, l'objet B, est représenté par un simple point : le point objet. On ne dessine ni la main, ni le ressort, ni le ballon : juste des points et des flèches.
Le point sur lequel la force s'applique : le point B. C'est de là que part la flèche.
La droite qui passe par le point d'application et donne la direction de la force : horizontale, verticale ou oblique. On la trace en pointillés.
Vers où la force agit : vers la gauche, vers la droite, vers le haut ou vers le bas. C'est la pointe de la flèche.
Combien la force est forte, en newtons. La longueur de la flèche est proportionnelle à la valeur : il faut donc préciser l'échelle.
La force se note avec une lettre majuscule surmontée d'une flèche : F. Quand l'objet A exerce une force sur l'objet B, on note FA/B, et on lit « F de A sur B ».
Avec la flèche, c'est le vecteur, le dessin. Sans la flèche, FA/B = 4 N, c'est sa valeur.
Reprends les deux expériences du ressort. La main A tire le dynamomètre B vers le bas : 2 N, puis 4 N. On choisit l'échelle 1 cm représente 2 N. La première flèche mesure donc 1 cm, la deuxième 2 cm.
Longueur de la flèche = valeur de la force ÷ valeur d'1 cm.
Exemple : 100 N avec « 1 cm représente 50 N » : 100 ÷ 50 = 2 cm. Et dans l'autre sens : une flèche de 3 cm avec 1 cm = 50 N, c'est 3 × 50 = 150 N.
Comment choisir l'échelle ? Cherche un nombre simple qui « rentre » bien dans la valeur de la force, pour que la flèche mesure entre 2 et 6 cm : assez grande pour se voir, assez petite pour ta feuille.
La flèche part toujours du point B, l'objet qui subit. Jamais de A.
L'échelle s'écrit toujours avec 1 cm. Dans l'exercice de l'archer, tu as écrit « Échelle : 2 cm = 25 N ». Il faut écrire : « Échelle : 1 cm représente 12,5 N ». Ou, plus simple : « 1 cm représente 5 N », et la flèche mesure 5 cm.
Une recette en 9 étapes, toujours dans le même ordre. Et une astuce pour ne jamais rater le sens : si A tire, la flèche va vers A ; si A pousse, elle s'éloigne de A.
Commence toujours par lire la phrase et observer le dessin. Puis :
A tire B : la flèche part de B et va vers A.
Ernest tire la corde vers lui (50 N).
A pousse B : la flèche part de B et s'éloigne de A.
Le footballeur shoote dans le ballon (100 N).
Choisis un exercice, puis avance d'une étape à la fois. Essaie de trouver chaque étape avant de toucher « Étape suivante ».
Au contrôle, tu dessines tes modèles à la latte. La fiche à dessiner te donne 12 situations du cours à faire sur papier, avec un corrigé en vraie grandeur pour vérifier à la latte.
Dans l'évaluation formative, on te demande parfois un tableau au lieu d'un dessin. Le point d'application, c'est la lettre écrite sur l'objet B dans le dessin. Cherche chaque case, puis touche-la pour vérifier.
| La situation | Point d'application | Droite d'action | Sens | Intensité |
|---|
Une force n'est jamais seule. Si A exerce une force sur B, alors B exerce en même temps une force sur A. Ces deux forces s'appellent les forces réciproques.
Le chariot A a un moteur électrique : c'est le chariot tracteur, celui qui tire le chariot B. Le chariot B est tracté : il est tiré par le chariot A. Ils sont reliés par deux dynamomètres accrochés l'un à l'autre : celui de B mesure la force de A sur B, celui de A mesure la force de B sur A.
| On observe | Force de A sur B | Force de B sur A | Conclusion |
|---|---|---|---|
| Valeurs | 0,1 N (sur la table) 0,3 N (plan incliné) | 0,1 N (sur la table) 0,3 N (plan incliné) | Les valeurs sont égales. |
| Droites d'action | horizontale (ou oblique sur le plan incliné) | la même | Les droites d'action sont les mêmes (confondues). |
| Sens | vers la droite, le sens du déplacement (vers le haut et la droite sur le plan incliné) | vers la gauche (vers le bas et la gauche sur le plan incliné) | Les sens sont opposés. |
On suspend un aimant A à un dynamomètre, et on pose un aimant B sur un pèse-objets, qui indique 1 N. Puis on place l'aimant B juste en dessous de l'aimant A. Que se passe-t-il ?
Il n'y a jamais de force isolée. Les objets A et B agissent réciproquement l'un sur l'autre : si l'objet A exerce une force sur l'objet B, l'objet B exerce une force sur l'objet A.
Deux forces réciproques :
Dans le modèle de tout système en interaction, les deux points représentent les 2 objets entre lesquels l'interaction se produit, et les 2 segments de droite orientés (les vecteurs) représentent les 2 forces réciproques.
| L'objet A exerce une force sur l'objet B | L'objet B exerce une force sur l'objet A | |
|---|---|---|
| Son nom | FA/B, elle s'applique sur B | FB/A, elle s'applique sur A |
| Point d'application | le point B | le point A |
| Droite d'action | horizontale, verticale ou oblique | identique à celle de FA/B |
| Sens | vers la droite, la gauche, le haut ou le bas | opposé à celui de FA/B |
| Valeur | en newtons (N) | identique à celle de FA/B |
Sur tes feuilles, tu as écrit FA/B sur les deux flèches, et « FA/B = FA/B = 240 N ». Or la deuxième flèche est la force de B sur A : elle s'appelle FB/A. On écrit donc : FA/B = FB/A = 240 N.
C'est la même recette que pour une force, avec une deuxième flèche : elle part de A, va dans le sens contraire, et a exactement la même longueur.
Dans le dessin, les deux flèches sont sur la même droite : celle qui part de B (en orange) et celle qui part de A (en bleu). Si A pousse B, les deux flèches s'écartent. Si A tire B, elles vont l'une vers l'autre.
Ensuite, entraîne-toi à la main avec la fiche à dessiner (situations 7 à 12).
Le pic tape le tronc avec son bec, de côté : la droite d'action est horizontale, même si le tronc, lui, est vertical.
Deux flèches, deux noms : FA/B part de B, FB/A part de A. Et les deux mesurent exactement la même longueur.
Pour avancer, un être vivant pousse le milieu vers l'arrière : le sol, l'eau ou l'air. En même temps, le milieu le pousse vers l'avant. C'est cette force réciproque qui le fait avancer.
Choisis un être vivant. L'objet A, c'est la partie du corps qui pousse ; l'objet B, c'est le milieu. Le dessin montre les deux forces réciproques (les êtres vivants vont vers la droite).
Tous les déplacements (marche, nage, vol…) ne sont possibles que par l'interaction entre l'être vivant et le milieu physique (le sol, l'eau, l'air).
Sur une patinoire très glissante, on n'arrive presque pas à démarrer : nos pieds glissent et ne peuvent pas pousser le sol vers l'arrière. Sans force sur le sol, pas de force réciproque pour nous faire avancer.
Parfois, les objets se touchent : c'est une interaction par contact. Parfois, ils agissent l'un sur l'autre sans se toucher : c'est une interaction à distance.
Les objets se touchent. Le doigt pousse le chariot, le pied shoote dans le ballon, le bras tend la corde de l'arc, le vent pousse la voile, le nageur pousse l'eau.
Les objets agissent sans se toucher. Trois cas : les aimants, la Terre qui attire tout ce qui tombe, et l'électricité statique (l'écran de télévision qui redresse les poils du bras, les sphères de frigolite frottées qui se repoussent).
Voici les 10 exemples de ton cours, plus les aimants de l'expérience 3. Contact ou à distance ?
Le vent agit par contact : l'air touche la voile, même si on ne le voit pas.
La craie qui tombe : rien ne la touche, et pourtant elle tombe. C'est la Terre qui l'attire, à distance.
Une force peut changer le mouvement d'un objet : c'est l'effet dynamique. Elle peut aussi le déformer : c'est l'effet statique.
La force met un corps en mouvement (le shoot), modifie sa vitesse (accélérer, freiner, arrêter) ou change sa trajectoire (la raquette renvoie la balle).
La force provoque une déformation : l'éponge écrasée, le ressort étiré, la perche qui se plie, la corde de l'arc tendue.
Dynamique, comme le dynamisme : ça bouge. Statique, comme une statue : l'objet ne part pas, il se déforme sur place.
Pour trier, pose la question de ton cours : y a-t-il une modification du mouvement ? Oui : effet dynamique. Non, l'objet se déforme : effet statique.
Dans un système en interaction, les forces sont capables de :
Tu as mis le n°9 (le nageur qui pousse sur l'eau) dans les deux groupes. Chaque exemple va dans un seul groupe : le nageur met l'eau en mouvement, c'est un effet dynamique.
Il a fallu presque 2 000 ans pour comprendre qu'une force n'est jamais seule et qu'elle n'est pas à l'intérieur de l'objet.
Philosophe grec, dans l'Antiquité.
Mathématicien, géomètre, physicien et astronome italien.
Philosophe, mathématicien, physicien et astronome anglais.
Les deux difficultés majeures pour comprendre l'interaction :
Ces deux obstacles, et les erreurs qui en découlent, ont subsisté jusqu'à Newton.
Regarde les dates de ton cours : Galilée meurt en 1642, et Newton naît en 1642. Le relais se passe la même année !
Ton cours le dit : ces mots-clés sont à savoir orthographier correctement. D'abord les définitions, en cartes à retourner, puis une petite dictée.
Touche une carte pour la retourner. Essaie d'abord de dire la définition dans ta tête.
Lis la définition et écris le mot. Les accents comptent !