2.12 Synthèse : la carte complétée
Cette dernière section rassemble le chemin parcouru : de la définition de la force aux trois lois de Newton, jusqu'au poids et à son point d'application. Elle situe aussi ce qui manque encore sur la carte du cours — le pendant angulaire de la cinétique, objet du chapitre suivant. À la fin de cette section, vous devez être capable de situer chaque notion du chapitre dans la carte d'ensemble du cours, et de dire ce que le chapitre 3 ajoutera.
Le chapitre se referme sur la question par laquelle il s'était ouvert (§2.1) : la marche de Mémé Jacqueline est plus lente parce qu'elle pousse moins fort sur le sol. Cette cause ne se voit pas, mais on sait désormais la définir, la décrire et la relier au mouvement par les lois de Newton.
2.12.1 Le chemin parcouru
Le chapitre 1 avait laissé la branche cinétique de la carte du cours vide. Elle ne l'est plus. Premièrement, ce chapitre a défini la force : une action mécanique exercée par un objet sur un autre, qui peut modifier le mouvement du corps qui la reçoit ou provoquer sa déformation (§2.2). Deuxièmement, vous avez appris à la décrire : trois informations — point d'application, direction et sens, intensité — portées par une seule flèche, le vecteur force (§2.3). Troisièmement, à classer les forces, de deux façons différentes : selon qu'elles sont de contact ou à distance, et selon qu'elles sont externes ou internes au corps qu'on étudie (§2.4). Enfin, à raisonner sur plusieurs forces à la fois : le diagramme de forces rassemble les forces externes exercées sur le corps étudié, et leur somme — la résultante — décide seule de la suite : nulle, le corps est en équilibre ; non nulle, son mouvement change (§2.5).
Les trois lois de Newton ont ensuite structuré la réponse à la vraie question du chapitre — comment, précisément, une force modifie-t-elle l'état du mouvement ? (§2.6) : la première dit quand l'état du mouvement change et révèle l'inertie (§2.7) ; la deuxième dit de combien, avec F = m·a et le newton (§2.8) ; la troisième pose le principe d'action-réaction — dès qu'un corps agit sur un autre, il existe deux forces simultanées, de même intensité, de même direction et de sens opposés, chacune appliquée à l'un des deux corps (§2.9). Le poids a enfin reçu sa formule, P = m·g (§2.10), et son point d'application, le centre de masse (§2.11).
Une phrase relie les deux chapitres, et elle mérite d'être retenue : la force produit l'accélération, et l'accélération produit tout le reste. L'accélération est le seul paramètre cinématique qu'une force produit directement (§2.2) ; la vitesse et la distance en découlent par accumulation dans le temps (chapitre 1).
Le tableau ci-dessous rassemble, pour révision, les notions du chapitre.
| Notion | En bref | Unité | Section |
|---|---|---|---|
| Force | Action mécanique exercée par un objet sur un autre : modifier le mouvement, ou déformer | N | 2.2 |
| Vecteur force | La flèche qui porte les trois informations : point d'application, direction et sens, intensité | — | 2.3 |
| Force normale | La force perpendiculaire qu'une surface exerce sur le corps posé dessus | N | 2.4 |
| Frottement | La force de contact qui s'oppose au glissement entre deux surfaces | N | 2.5 |
| Résultante (force nette) | La somme de toutes les forces appliquées au corps — elle seule décide du mouvement d'ensemble | N | 2.5 |
| Inertie | Propriété d'un corps : sa résistance à tout changement de son état de mouvement ; elle dépend de la masse | — | 2.7 |
| Masse | Quantité de matière d'un corps | kg | 2.7 |
| Poids | La force gravitationnelle exercée sur un corps : P = m·g | N | 2.10 |
| g | L'accélération due à la gravité : ≈ 9,81 m/s² sur Terre | m/s² | 2.10 |
| Centre de masse | Le point d'application du poids : tout se passe comme si le poids s'y appliquait | — | 2.11 |
Et les trois lois, en une ligne chacune :
| Loi | Ce qu'elle règle | Section |
|---|---|---|
| Première (inertie) | Quand l'état du mouvement change : tant que la résultante est nulle, rien ne change | 2.7 |
| Deuxième (F = m·a) | De combien il change : l'accélération est proportionnelle à la résultante, inversement proportionnelle à la masse | 2.8 |
| Troisième (action-réaction) | Dès qu'un corps agit sur un autre, deux forces simultanées — même intensité, même direction, sens opposés —, chacune appliquée à un corps différent | 2.9 |
2.12.2 La case encore vide
Sur la carte, une case reste vide, et elle est facile à repérer. Sous la cinématique, le chapitre 1 distinguait le mouvement linéaire du mouvement angulaire. Sous la cinétique, ce chapitre n'a traité que le versant linéaire : une force fait avancer, freiner, accélérer. Mais ce qui fait tourner — un segment autour d'une articulation, un corps autour d'un appui — porte un autre nom : le moment de force. Ce sera, en partie, l'objet du chapitre 3, qui passera aussi en revue les forces réellement en jeu dans le mouvement humain.
- Définir une force, la décrire par ses trois informations et la représenter par un vecteur.
- Construire le diagramme de forces d'un cas simple, tracer la résultante, et conclure : équilibre ou changement de mouvement.
- Expliquer chacune des trois lois de Newton et les articuler entre elles sur un exemple.
- Distinguer masse et poids, calculer P = m·g, et nommer le point d'application du poids.