Actions mécaniques
Niveau1
Définition
Une action mécanique est l'effet qu'un objet exerce sur un autre, provoquant une modification de mouvement ou une déformation.
Pour visualiser une action, nous disposons de plusieurs outils :
- Les forces (Forces): elles permettent de représenter les actions appliquées sur un objet spécifique.
- Les diagrammes d'interaction objet (Méthode-DOI) : ils permettent de répertorier toutes les interactions qui se produisent entre plusieurs objets.
Il existe une infinité d'actions. Par exemple, lorsque nous tirons une chaise, nous exerçons une action sur celle-ci. Lorsque nous frappons un ballon, le ballon subit une action. Sur Terre, la gravité agit sur nous et nous maintient au sol.
Parmi toutes ces actions, certaines sont importantes.
Il existe deux catégories d'actions :
- Les actions à distance : elles s'exercent entre des objets éloignés les uns des autres.
- Les actions de contact : elles s'exercent lorsque au moins deux objets se touchent.
Niveau2
La pesanteur
La pesanteur ou Poids est définie comme l'action de gravitation qu'un objet subit à la surface d'un astre.
Lorsqu'un objet se trouve à la surface d'une planète, il est attiré par celle-ci. Ce phénomène, couramment appelé gravité, est scientifiquement désigné comme l'action de pesanteur ou le poids.
Le poids, noté P, s'exprime en Newtons (N) et ses unités dérivées (Methode-Convertir). On mesure le poids à l'aide d'un dynamomètre.
Le poids d'un objet varie en fonction de sa masse. Plus un objet est massif, plus il est attiré, et donc son poids est plus élevé. De plus, plus l'objet est éloigné de la planète, plus son poids diminue.
L'intensité de la pesanteur permet de quantifier l'attraction de la planète sur tout objet proche d'elle. Cette intensité dépend de la masse de la planète, ainsi que de la distance entre l'objet et le centre de la planète. Plus la distance augmente, plus cette intensité diminue.
À la surface de la Terre, l'intensité de pesanteur varie peu et est généralement arrondie à 10 N/kg, notée g.
Plus précisément, g = 9,81 N/kg.
Ainsi, le poids d'un objet est lié à sa masse et à l'intensité de pesanteur exercée par la planète. La relation mathématique entre le poids P et la masse m d'un objet est alors :
$$P = m \times g$$
où :
- $P$ le poids en Newton (N)
- $m$ la masse en kilogramme (kg)
- $g$ l'intensité de pesanteur en Newton par kilogramme (N/kg)
Niveau3
La Gravitation
La Lune orbite autour de la Terre en suivant une trajectoire quasiment circulaire. L'attraction exercée par la Terre maintient la Lune sur son orbite, ce qui signifie qu'elle ne s'éloigne pas ou ne se rapproche pas de manière significative.
Le Soleil exerce également une influence sur tous les objets du système solaire, en particulier sur les planètes qui tournent autour de lui. Cette interaction est connue sous le nom de gravitation.
La gravitation est une action attractive qui agit entre la Terre et la Lune, entre la Terre et le Soleil, et plus généralement entre deux objets qui possèdent une masse. Cette force est responsable du maintien des corps célestes en orbite et de la structure globale du système solaire.
De façon générale, la norme de la force d’attraction gravitationnelle qu’exerce un corps 1 (ex : Terre) sur un corps 2 (ex : Lune) s’écrit :
$$F_{1/2}=F_{2/1}=\frac{G \times m_1 \times m_2}{d^2}$$
avec
- $F_{1/2}$ la force exercé par l'objet 1 sur l'objet 2 en Newton (N)
- $F_{2/1}$ la force exercé par l'objet 2 sur l'objet 1 en Newton (N)
- $m_1$ la masse de l'objet 1 en kg
- $m_2$ la masse de l'objet 2 en kg
- $d$ la distance séparant le centre des deux objets en mètre (m)
et l'une des valeurs qui ne change jamais partout dans l'univers:
- $G$ la constante universelle de gravitation et vaut dans le système international :
$$G = 6,67.10^{-11} m^3.kg^{-1}.s^{-2}$$
Cette relation indique bien que la force d’attraction gravitationnelle est :
- proportionnelle à la masse des objets mis en jeu :
- plus ces objets auront une grande masse et plus ils s’attireront.
- inversement proportionnelle à la distance entre les deux objets :
- plus ces objet seront éloignés et moins ils s’attireront
Par ailleurs la force qu'exerce le corps 2 sur le corps 1 : $F_{2/1}$ est strictement égale en valeur à $F_{1/2}$
Ainsi la force qu'exerce la Terre sur la Lune a exactement la même valeur que la force qu'exerce la Lune sur la Terre.