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Niveau : 3ème Discipline : CÔTE D’IVOIRE – ÉCOLE NUMÉRIQUE PHYSIQUE-CHIMIE Thème : Mécanique TITRE DE LA LEÇON :LES FORCES I. SITUATION D’APPRENTISSAGE Suite à une coupure d’eau, des élèves de la classe de 3ème du Collège Moderne de Bodokro vont puiser de l’eau dans une rivière pour se laver. Tou...

Niveau : 3ème Discipline : CÔTE D’IVOIRE – ÉCOLE NUMÉRIQUE PHYSIQUE-CHIMIE Thème : Mécanique TITRE DE LA LEÇON :LES FORCES I. SITUATION D’APPRENTISSAGE Suite à une coupure d’eau, des élèves de la classe de 3ème du Collège Moderne de Bodokro vont puiser de l’eau dans une rivière pour se laver. Tous constatent que le seau rempli d’eau semble moins lourd sous l’eau que hors de l’eau. Pour comprendre ce phénomène, en classe avec leurs camarades, aidés de leur professeur de Physique –Chimie, ils étudient les forces en particulier celle qui agit sous l’eau en vue de définir une force, de connaître leurs caractéristiques et de les représenter. II. CONTENU DE LA LECON 1. Notion de forces 1.1. Définition Une force est une action mécanique capable de : - mettre en mouvement un corps ; - modifier le mouvement d’un corps ; - déformer un corps ; - participer à l’équilibre d’un corps 1.2. Instrument et unité de mesure La valeur d’une force se mesure à l’aide d’un dynamomètre et s’exprime en newton (N) Activité d’application : Définis une force. Corrigé : Une force est une action mécanique capable de : -mettre en mouvement un corps ; -modifier le mouvement d’un corps ; -déformer un corps ; -participer à l’équilibre d’un corps. ecole-ci.online (Ce document ne peut être vendu sous aucune condition- Tout contrevenant s’expose à des poursuites judiciaires) Page 1 sur 11 2. Caractéristiques d’une force : exemple du poids 2.1 Expériences et observations Fil à plomb 2.2 Conclusion Les caractéristiques du poids sont : - la direction : la verticale du lieu - le sens : du haut vers le bas - la valeur : elle se mesure à l’aide d’un dynamomètre ou se détermine avec la relation P = m × g - le point d’application : le poids s’applique au centre de gravité du corpsnoté G Activité d’application Donne les caractéristiques du poids d’un solide de masse m = 20 kg. On prendra g = 10 N/kg. Corrigé : Les caractéristiques du poids du solide sont : -valeur : P = m × g ; A.N : P = 20 × 10 ; P = 200 N - direction : la verticale du lieu - sens : du haut vers le bas -point d’application : le centre de gravité G du solide 3. Représentation d’une force : exemple du poids ⃗ appelé vecteur poids. Le poids se représente à l’aide d’un vecteur𝑃 𝑃⃗ 𝑃⃗ ecole-ci.online (Ce document ne peut être vendu sous aucune condition- Tout contrevenant s’expose à des poursuites judiciaires) Page 2 sur 11 Activité d’application ⃗ à Un solide de masse m = 5 kg est posé sur un plan incliné (voir figure). Représente son vecteur poids𝑃 l’échelle : 1 cm pour 25 N Corrigé Les caractéristiques du poids du solide sont : - valeur : P = m x g ; A.N P = 5 x 10 ; P = 50 N - sens : du haut vers le bas - direction : verticale - point d’application : centre de gravité du solide - la longueur du vecteur poids à l’échelle est : Longueur (cm) Valeur (N) 1 25 2 50 𝑃⃗ 4. Etude de la Poussée d’Archimède dans les liquides 4.1. Définition La poussée d’Archimède dans un liquide est la force exercée par le liquide sur tout corps qui y est immergé. ecole-ci.online (Ce document ne peut être vendu sous aucune condition- Tout contrevenant s’expose à des poursuites judiciaires) Page 3 sur 11 4.2. Valeur de la poussée d’Archimède 4.2.1. Expériences et observations Expérience 2 Expérience 1 P’ = 2,3 N P = 2,8 N Eau (a = 1 g/cm3) VLd= 50 cm3 L’indication du dynamomètre lorsque la boule est hors de l’eau est différente de l’indication lorsqu’elle est immergée. 4.2.2. Interprétation Cette différence observée s’explique par l’existence d’une force exercée par l’eau sur la boule immergée. ⃗A Cette force est appelée poussée d’Archimède notée : ⃗𝑷 NotonsP :poids réel (la valeur de son poids hors de l’eau) et P’ : poids apparent (la valeur de son poids dans l’eau ) La valeur de la Poussée d’Archimède pour cette expérience est : PA = P – P’ PA = 2,8 – 2,3 PA = 0,5 N Déterminons la valeur du poids du liquide déplacé Poussée d’Archimède Volume d’eau déplacée Masse d’eau déplacée Poids d’eau déplacée PA = P-P’ PA = 2,8-2,3 PA = 0,5N VL = 50cm3 (VL : volume d’eau déplacée par la boule) VL=VB (VB : volume de la boule ) mL = aL × VL mL= 1x50 mL = 50g = 0,05kg P L = mL × g PL = 0,05 ×10 PL = 0,5 N ecole-ci.online (Ce document ne peut être vendu sous aucune condition- Tout contrevenant s’expose à des poursuites judiciaires) Page 4 sur 11 4.2.3. Conclusion La valeur de la poussée d’Archimède est égale au poids du liquide déplacé. PA = mL × g PA =aL x VL x g 4.3.Représentation de la poussée d’Archimède 4.3.1. Caractéristiques La poussée d’Archimède notée ⃗⃗⃗⃗ 𝑃𝐴 a pour caractéristiques : - point d’application : Le centre de poussée (centre de gravité de la partie immergée du solide) ; direction : La verticale ; sens : Du bas vers le haut ; valeur : Poids du liquide déplacé où différence entre le poids réel et le poids apparent. 4.3.2.Exemples de représentation ⃗⃗⃗⃗ 𝑃𝐴 ⃗⃗⃗⃗ 𝑃𝐴 Activité d’application Un solide est accroché à un dynamomètre puis immergé dans un liquide (voir schéma). abcde- Dis ce que représente la valeur 3 N. Dis ce que représente la valeur 1,8 N. Détermine la valeur de la poussée d’Archimède. Donne les caractéristiques de la poussée d’Archimède exercée par le liquide sur le solide. Représente le vecteur poussée d’Archimède sur le schéma à l’échelle 1 cm pour 0,6 N. 1,8 N 3N ecole-ci.online (Ce document ne peut être vendu sous aucune condition- Tout contrevenant s’expose à des poursuites judiciaires) Page 5 sur 11 Corrigé a- C’est la valeur poids du solide. b- C’est la valeur du poids apparent du solide dans le liquide c- La valeur de la poussée d’Archimède est : PA = P – P’ = 3 – 1,8 = 1,2 N d- Direction : verticale Sens : du bas vers le haut Valeur : PA = 1,2 N Point d’application : centre de poussée C ⃗A P e. 1 cm pour 0,6 N d’où 2 cm pour 1,2 N 5. Autres exemples de forces 5.1. Tension d’un fil 5.1.1. Caractéristiques ⃗ et a pour La tension d’un fil est la force exercée par un fil sur un solide. La tension du fil se note 𝑇 caractéristiques : - point d’application : point de contact entre le solide et le fil ; direction : direction du fil ; sens : du solide vers un fil ; Valeur : T exprimée en N, elle se détermine par calcul ou à l’aide d’un instrument de mesure 5.1.2. Représentation ⃗ 𝑇 5.2. Réaction d’un support ⃗⃗ représente la réaction du support sur le solide 𝑹 𝑅⃗ 6. Les différents types de forces 6.1 Force de contact Une force decontact est une force qui agit par contact. Exemples : la poussée d’Archimède, la tension d’un fil, la réaction d’un support. 6.2 Force à distance Une force à distance est une force qui agit sans contact. ecole-ci.online (Ce document ne peut être vendu sous aucune condition- Tout contrevenant s’expose à des poursuites judiciaires) Page 6 sur 11 Exemples : le poids d’un corps, la force magnétique. 6.3 Force à action localisée Une force à action localisée est une force qui agit en un point précis. Exemple : la tension d’un fil 6.4 Force à action répartie Une force à action repartie est une force qui agit en surface ou en volume. Exemples : la réaction d’un support, la poussée d’Archimède, le poids d’un corps. Activité d’application : Tu disposes du schéma ci-dessous : 𝑅⃗ Indique si la force représentée est : de contact , à distance , à action localisée ou à action répartie. Corrigé Force de contact à action répartie. Situation d’évaluation Pendant la période des révisions pour l'examen du BEPC, ton voisin de classe découvre dans son manuel de Physique-Chimie l'expérience dont la photo est ci-dessous. Le but de l'expérience est d'identifier la nature du liquide dans lequel est plongé le solide. Eprouvant des difficultés pour le faire, il te sollicite. On donne : g = 10N/kg ; aeau= 1g/cm3 ; aalcool = 0,8 g/cm3 ; aeau salée= 1,2 g/cm3 P =1,5 N P’ =1,4 N V2 = 22,5 cm3 V1= 10 cm3 1-Donne le nom de chacune des grandeurs mesurées par le dynamomètre : 1.1- lorsque le solide est dans l'air ; 1.2- lorsque le solide est dans le liquide. ecole-ci.online (Ce document ne peut être vendu sous aucune condition- Tout contrevenant s’expose à des poursuites judiciaires) Page 7 sur 11 2-Détermine : 2.1 la valeur de la poussée d'Archimède ; 2.2 la masse ML du liquide déplacé ; 2.3 le volume de liquide déplacé ; 2.4 la masse volumique du liquide. 3- Identifie le liquide utilisé. Corrigé 11.1- la grandeur mesurée dans l’air par le dynamomètre est le poids réel du solide. 1.2- la grandeur mesurée par le dynamomètrelorsque le solide est immergé dans le liquide est le poids apparent du solide 22.1 la valeur de la poussée d'Archimède est : PA = P – P’ = 1,5 – 1,4 = 0,1 N 2.2 le volume de liquide déplacé est : VL = V2 – V1 = 22,5 – 10 = 12,5 cm3 2.3 la masse du liquide déplacé : mL = PA / g = 0,1/10 = 0,01kg = 10g 2.4 la masse volumique du liquide est aL = mL / VL = 10/12,5 = 0,8 g/cm3 3- le liquide utilisé est l’alcool. III. EXERCICES Exercice 1 Une force𝐹 est représentée sur la droite ci-dessous à l’échelle 1cm pour 5 N. Donne les caractéristiques de la force𝐹 . 𝐹 (D) A Corrigé Direction : la droite (D) Sens : de la gauche vers la droite Point d’application : le point A Valeur : F = 25 N 1cm→ 5N 5cm → 25 N d’où F = 25N Exercice 2 Entoure les grandeurs exprimées dans les unités internationales. ecole-ci.online (Ce document ne peut être vendu sous aucune condition- Tout contrevenant s’expose à des poursuites judiciaires) Page 8 sur 11 a- Parmi les masses M1= 277g b- Parmi les volumes c- Parmi les masses volumiques M2 = 70kg V1= 277cm3 a1= 2,7t/m3 M3=47000mg V2= 277dm3 V3= 277m3 a2 = 2700kg/m3 a3= 2,7g/cm3 Corrigé Entoure les grandeurs exprimées dans les unités internationales. a. Parmi les masses M1= 277g M2 = 70kg M3=47000mg b. Parmi les volumes c. Parmi les masses volumiques V1= 277cm3 a1= 2,7t/m3 V2= 277dm3 V3= 277m3 a2 = 2700kg/m3 a3= 2,7g/cm3 Exercice 3 Fais correspondre la grandeur physique à son unité légale si cela est possible selon le modèlesuivant : 1-E 1- Poids E- N 2- Densité F- kg/m3 3-Masse G- m3 volumique 4- Volume 5-Masse Corrigé 3-F ;4-G ;5-J H- g/cm3 I- g J- kg K- cm3 L- kg/dm3 Exercice4 Les élèves de la classe de 3ème2 décident lors d’une séance d’exercices de déterminer le poids d’une boule. Ton professeur de physique-chimie te demande de faire la correction de cet exercice. Données : masse volumique de l’aluminium : aAl =2,7g/cm3 ; volume V=1dm3.. 1. Définis la masse d’un corps. 2. Donne : 2.1. Le nom de son instrument de mesure. 2.2. Donne l’expression mathématique de la masse en tenant compte des données de l’exercice. 3. Détermine ; 3.1. la valeur de la masse de la boule, 3.2. Le poids de la boule. Corrigé : 1. La masse d’un corps est la grandeur physique mesurée à l’aide d’une balance 2. 2-1le dynamomètre ou peson 2-2 m= aAl x V 3. ecole-ci.online (Ce document ne peut être vendu sous aucune condition- Tout contrevenant s’expose à des poursuites judiciaires) Page 9 sur 11 3-1 m= 2,7 x1 m=2,7g/cm3 = 2,7kg/dm3 A.N : m= 2,7 kg 3-2 P= mx g ; A.N : P=2,7 x 10 ; P= 27N Exercice5 Tes camarades de classe, sont inquiets car votre professeur de Physique-chimie prévoit une évaluation sur la représentation du poids d’un corps . Afin de dissiper leurs inquiétudes, ils te sollicitent. Une boule de masse m= 800 g parcourt le trajet ci-dessous. 1. Définis le poids d’un corps. 2. Nomme son instrument de mesure. 3. Vérifie que le poids de cette boule est P=8N ; g=10N/kg 4. Représente le poids ⃗P en ces différents points du parcours. Echelle : 1cm ⟶ 4N Corrigé : 1. Le poids d’un corps est l’attraction exercée par laterre sur ce corps. 2. L’instrument de mesure est le peson ou dynamomètre. 3. P= m xg ; A.N P= 0,8 x 10 ; P= 8N 1 cm ⟶ 4 N donc, 8 N ⟶ 2 cm G G G ⃗P ⃗P ⃗P IV. DOCUMENTATION Isaac Newton (25 décembre 1642 – 20 mars 17) est un mathématicien, physicien, philosophe, alchimiste, astronome et théologien anglais, puis britannique. Figure emblématique des sciences, il est surtout reconnu pour avoir fondé la mécanique classique, pour sa théorie de la gravitation universelle et la création, en concurrence avec Gottfried Wilhelm Leibniz, du calcul infinitésimal. En optique, il a développé une théorie de la couleur basée sur l'observation selon laquelle un prisme décompose la lumière blanche en un spectre visible. Il a aussi inventé le télescope à réflexion composé d'un miroir primaire concave appelé télescope de Newton. Détermination du Centre de gravité de quelques solides de forme géométrique simple ecole-ci.online (Ce document ne peut être vendu sous aucune condition- Tout contrevenant s’expose à des poursuites judiciaires) Page 10 sur 11 G G G G ecole-ci.online (Ce document ne peut être vendu sous aucune condition- Tout contrevenant s’expose à des poursuites judiciaires) G Page 11 sur 11