interaction et force-modelisation - Site d'Aline CHAILLOU
Corrigé. Q1. Afin de choisir le capteur de force nécessaire à cette campagne de
mesures, donner ... La modélisation du système complet est donc isostatique.
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INTERACTION ET FORCE - MODELISATION
DIAGRAMME SYSTEME-INTERACTIONS
On appelle système un objet (matériel), une partie dobjet ou un ensemble dobjets
Interactions : quand un système A agit sur un système B, simultanément B agit sur A ; on dit que A et B sont en interaction. L'action de A sur B est notée A/B et l'action de B sur A est notée B/A.
Cet énoncé est applicable dans toutes les situations, c'est-à-dire quand les systèmes sont au repos et aussi quand ils sont en mouvement.
Représentation
Représentation d'un système
Représentation d'une interaction "de contact"
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Représentation d'une interaction "à distance"EMBED Word.Picture.8
Une fois un système choisi, on ne sintéresse quà ses interactions avec les autres systèmes (systèmes extérieurs).
On représente ces interactions avec les autres systèmes sur le même schéma. Ce schéma sappelle le diagramme système-interactions. Pour bien distinguer le système choisi des autres systèmes, on souligne son nom dans le diagramme.
ACTIVITE 1 : Première mise en uvre du modèle des interactions
Vous disposez du matériel : support, élastique, pierre. Une pierre est suspendue à un fil élastique. Elle est immobile.
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Dans cette situation, chacun des objets de la situation étudiée peut-être pris comme système : la pierre, lélastique, le support, la Terre. On choisit détudier le système pierre. Quels sont les systèmes qui sont en interaction avec ce système ?
Représenter le diagramme système-interactionsExercices : étude des interactions pour des situations variées
Dans chacune des situations indiquer les systèmes qui sont en interactions avec le système étudié puis construire le diagramme système-interactions .Le mot souligné désigne lobjet correspondant au système considéré.
1. a) Un objet posé sur une table. b) Une table sur laquelle est posé un objet.
2. La Terre, planète du Soleil et qui a elle-même un satellite naturel, la Lune (on néglige les interactions mettant en jeu les autres corps).
3. Un cerf-volant tenu par un fil.
4. a) Un motard circulant à vive allure sur sa moto. b) Une moto conduite à vive allure par un motard.
ACTIVITE 2 : Interactions lors dun mouvement
Lancer le médecine-ball à la verticale et le rattraper.
Repérer et noter le (ou les) moment(s) où vous exercez une action sur le médecine-ball, préciser chaque fois dans quel sens s'exerce cette action sur le médecine-ball.
Repérer et décrire les différentes phases dans le mouvement du médecine-ball (on se contente détudier le mouvement de son centre). Pour chacune des phases, préciser comment varie la vitesse du médecine-ball.
Pour chacune des phases du mouvement faire le diagramme médecine-ball-interactions dans le cas du lancer vertical.
Compléter le tableau
Phase 1 : pendant . . . . . . . . . .Phase 2 : pendant . . . . . . . . . .
Diagramme médecine-ball - Interactions
Comment varie la vitesse ?
Phase 3 : pendant . . . . . . . . . .Phase 4 : pendant . . . . . . . . . .
Diagramme médecine-ball - Interactions
Comment varie la vitesse ?FORCE ET REPRESENTATION
Quand un système X est en interaction avec un système A, on appelle force exercée par A sur X l'action de A sur X.
Pour représenter une force, on représente souvent le système sur lequel elle sexerce par son centre de gravité auquel on attribue la masse du système.
On fait figurer ensuite la force exercée par A sur X par le représentant dun vecteur accompagné du symbole ci-contre et dont les caractéristiques sont les suivantes :
- son origine est le point représentant le système ;
- sa direction et son sens sont ceux de la force ;
- sa longueur est proportionnelle à la valeur de la force.
La valeur de la force sexprime en newton (symbole : N).
Principe des actions réciproques
Quand deux systèmes A et X sont en interaction, la force exercée par A sur X et la force exercée par X sur A sont dintensités égales et de sens opposé.
Une interaction est modélisée par deux forces qui sont, pour toutes les situations et dans tous les cas, d'intensités égales et de sens opposés. Les vecteurs qui les représentent sont sur la même droite ; cette droite dépend de la situation étudiée.
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Reprendre lactivité 1 et compléter le tableau
Diagramme pierre-interaction
Représentation des forces modélisant linteraction pierre-terre.Représentation des forces modélisant linteraction pierre-élastique.Représentation des forces qui sexercent sur la pierre
pierre
terre
élastique
pierre
pierre
Reprendre lactivité 2 et compléter le tableau
Phase du
mouvementFaire la liste des forces qui s'exercent sur le médecine-ballReprésenter les forces qui s'exercent sur le médecine-ball (représenté par un point et noté M-B)Représenter le sens du mouvement et rappeler la façon dont varie la vitesse du médecine-ball A votre avis, les forces qui sexercent sur le médecine-ball se compensent-elles ?
Lancer
M-B
Montée
M-B
Descente
M-B
Réception
M-B
Exercice n°1 : QCM
Au cours dun match de football, une faute est faite dans la surface de réparation. Un joueur est donc amené à tirer un penalty. Il pose le ballon sur le sol au point de penalty puis frappe dedans.
Dites si chacune des affirmations suivantes est vraie ou fausse. Justifier chaque réponse.
1 ) Dans un premier temps nous nous intéressons au moment même où le joueur tape dans le ballon.
Le joueur à cet instant est en interaction uniquement avec le ballon.
Le ballon est en interaction avec le joueur.
Le ballon est soumis à une force exercée par la Terre.
2 ) Dans un deuxième temps nous nous intéressons au parcours du ballon dans les airs pour parvenir dans la cage du gardien de but.
Le ballon est soumis à trois forces.
Le ballon exerce une force sur la Terre.
Le joueur qui a tiré le penalty exerce une force sur le ballon.
3 ) Dans un troisième temps nous nous intéressons à larrêt du ballon par le gardien de but (très doué)
Le gardien de but est en interaction avec le ballon.
Le gardien de but exerce une force sur la Terre.
Le ballon exerce une force sur la Terre.
Exercice n°2 : interactions et représentations de forces
Dans toutes les situations proposées ci-dessous, les personnages et les accessoires sont immobiles. Pour toutes ces situations :
a. Établir le diagramme système-interactions.
b. Faire la liste des forces qui sexercent sur le système.
c. Représenter ces forces sur un schéma sans se soucier de la longueur des vecteurs. On considérera que toutes les forces sont verticales.
Le système étudié est souligné.
Situation 1a : Obélix porte son menhir.
Situation 1b : Obélix porte son menhir
Situation 2 : Agecanonix sappuie sur son bâton.
Situation 3 : un élève porte son cartable.
Situation 4 : un élève est en train de soulever son cartable.
Exercice n° 3 : saut en parachute
Un parachutiste sapprête à prendre lavion pour effectuer un saut en parachute.
Situation 1 :
Le parachutiste est debout, immobile sur la piste denvol et attend son avion .
Faire un diagramme des interactions en prenant comme système détude lensemble {parachutiste +parachute}
On représente le système {parachutiste + parachute} par un point.
Faire la liste des forces sexerçant sur le système.
Proposer un schéma des forces sexerçant sur le système.
A votre avis ces forces se compensent-elles ? Expliquez votre point de vue.
Situation 2 :
Le parachutiste est dans lavion en plein vol.
Dans quel référentiel le parachutiste est-il immobile ?
Citer un référentiel dans lequel le parachutiste est en mouvement .
Faire un diagramme des interactions en prenant comme système détude lensemble parachutiste + parachute .
Situation 3 :
Le parachutiste saute de lavion sans ouvrir son parachute.
Faire un diagramme des interactions en prenant comme système détude lensemble {parachutiste + parachute}
En déduire la liste des forces sexerçant sur le système.
Proposer un schéma des forces sexerçant sur le système.
A votre avis ces forces se compensent-elles ? Expliquez votre point de vue.
Situation 4 :
Le parachutiste ouvre son parachute lors de sa chute.
Faire un diagramme des interactions en prenant comme système détude le parachutiste.
En déduire la liste des forces sexerçant sur le système.
Proposer un schéma des forces sexerçant sur le système.
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