Physique-Chimie
Mouvements et interactions : la Mécanique en 3ème
En classe de 3ème, les élèves découvriront plutôt tout ce qui concerne les interactions et leur représentation car il s'agit d'une partie où les mathématiques sont largement utilisées.
Les interactions
Lorsque deux objets exercent une action mécanique l'un sur l'autre, ils sont en interaction.
C'est le cas au moment où vous lisez ces lignes de votre corps sur la chaise sur laquelle vous êtes assis, de vos doigts sur le clavier de l'ordinateur, des lunettes sur votre nez … et de la Terre sur vous et ce qui vous entoure.
Ces interactions se font par contact localisé ou réparti : la pointe d'une punaise exerce une action localisée sur un mur tandis que le vent exerce une action répartie sur la voile d'un bateau pour le faire avancer (ou qu'un homme souffle sur la voile).
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Certaines interactions ont lieu à distance, c'est-à-dire sans contact.
C'est le cas de l'action exercée par la Terre sur tous les objets situés à sa surface, d'un aimant placé près d'un objet en fer ou d'une règle préalablement frottée sur un filet d'eau.
Avouez, vous n'avez maintenant qu'une envie : foncez dans votre cuisine pour tenter l'expérience !
Représenter les interactions précédentes sur un schéma est loin d'être naturel. Il faut alors obéir à quelques conventions établies : on dit qu'on représente ou modélise une interaction par une force.
Pour représenter les forces
On trace un « trait fléché » appelé vecteur qui comporte quatre caractéristiques :
- un point d'application : c'est l'endroit où s'applique la force dans le cas d'une action localisée ou le centre de gravité de l'objet si l'action est répartie.
- une direction : verticale, horizontale …
- un sens : de haut en bas, de la gauche vers la droite …
- une valeur : elle quantifie la force. L'unité utilisée est le Newton (en hommage à Isaac Newton) de symbole N. Elle se mesure avec un dynamomètre.
Pour en savoir plus sur Newton, cliquez ici.
Dès que l'élève a déterminé les caractéristiques de la force, il peut tracer le vecteur qui la représente, en utilisant une échelle adaptée à sa valeur.
En effet, un objet peut être le siège de plusieurs interactions tout en étant tantôt au repos, tantôt en mouvement.
C'est le cas des situations suivantes :
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Et ce n'est pas toujours facile d'obtenir l'équilibre…comme nous le montre Lara Jacobs Rigolo ici!
De l'infiniment petit à l'infiniment grand, les mêmes lois régissent les interactions, que ce soit celle entre la Terre et du Soleil, entre l'électron d'un atome et son noyau, entre vous et la personne à vos côtés…
La gravitation
Le but est de comprendre pourquoi les astres sont capables de maintenir ces distances entre eux de telle sorte qu'ils n'entrent pas en collision et qu'ils ne s'éloignent pas les uns des autres.
Ce mouvement peut être comparé à celui d'une fronde … tout en étant conscient qu'aucune corde ne relie la Lune et la Terre par exemple !
En cliquant ici, vous trouverez une vidéo qui pourra certainement vous aider à comprendre ce phénomène si particulier de cette action attractive à distance régissant l'Univers qu'est la gravitation.
L'animation ci-jointe est un bon résumé de ce qui se passe.
Pour se rendre compte des valeurs des forces qui s'exercent, la loi de la gravitation universelle (qui ne sera pas à connaître par coeur) devra être exploitée pour quantifier les forces qui s'exercent dans chacun des cas précédemment évoqués.
Une nouvelle fois, les calculs mêleront les puissances de 10, les conversions des unités de masse et de distance : mieux vaut être au point...
