Nous expliquons ce qu’est une force pour la physique, ses caractéristiques et ses types selon chaque théorie. En outre, comment il est mesuré et divers exemples.
Qu’est-ce qu’une force ?
En termes techniques, une force est une grandeur capable de modifier la quantité de mouvement ou la forme donnée d’un corps ou d’une particule . Il ne faut pas le confondre avec les notions d’effort ou d’énergie .
Communément, le concept de force est expliqué en termes de mécanique classique établie par les principes d’Isaac Newton (1642-1727), connus sous le nom de lois du mouvement et publiés en 1687 dans ses Principia Mathematica .
Selon la mécanique classique, la force agissant sur un corps est responsable des changements de son état de mouvement, tels que sa trajectoire rectiligne et son déplacement uniforme , et de lui conférer une accélération (ou une décélération). De plus, toute force agissant sur un corps engendre une force identique, mais de sens opposé.
On parle normalement de force dans notre quotidien, sans nécessairement utiliser ce mot comme le fait la physique . La force est étudiée par la physique et selon elle quatre forces fondamentales sont reconnues au niveau quantique : la force gravitationnelle, la force électromagnétique, la force nucléaire forte et la force nucléaire faible.
Au lieu de cela, dans la mécanique newtonienne (ou classique), il existe de nombreuses autres forces identifiables, telles que la force de frottement, la force gravitationnelle , la force centripète, etc.
Voir aussi: Puissance en physique
caractéristiques de résistance
Une force peut être considérée comme une entité physique qui décrit l’intensité des interactions entre les objets , étroitement liée à l’énergie .
Pour la mécanique classique, chaque force est composée d’une grandeur et d’une direction , qui est notée par un vecteur . Cela signifie qu’il s’agit d’une quantité vectorielle et non d’une quantité scalaire.
type de force
Il existe plusieurs types de force, selon leur nature et leur orientation :
Selon la mécanique newtonienne :
- force de frottement . C’est la force qui s’oppose au changement de mouvement des corps, exerçant une résistance pour quitter l’état de repos, ou de mouvement, comme on peut s’en apercevoir lors de la mise en marche d’un objet lourd en le poussant.
- Force gravitationnelle. C’est la force exercée par la masse des corps sur les objets proches, les attirant les uns vers les autres. Cette force devient perceptible lorsque tout ou partie des objets en interaction sont très massifs. L’exemple par excellence est la planète Terre et les objets et êtres qui vivent à sa surface ; il y a une force d’attraction gravitationnelle entre eux.
- force électromagnétique. C’est la force attractive et répulsive qui est générée par l’interaction des champs électromagnétiques.
Vous pouvez également parler de :
- force de contact. C’est la force qui s’exerce à partir d’un contact physique direct entre un corps et un autre.
- Force de distance. C’est la force qui peut être exercée sans aucun contact physique entre les corps.
Selon la mécanique relativiste ou einsteinienne :
- Force gravitationnelle. C’est la force qui semble exister lorsque des objets massifs courbent l’espace – temps autour d’eux, forçant des objets plus petits à détourner leurs trajectoires et à s’en approcher.
- force électromagnétique. C’est la force exercée par les champs électromagnétiques sur les particules chargées de la matière , suivant l’expression de la force de Lorenz.
Selon la mécanique quantique :
- Force gravitationnelle. C’est la force exercée par une masse sur l’autre, étant une force faible, dans une direction (attractive), mais efficace sur de grandes distances.
- force électromagnétique . C’est la force qui affecte les particules chargées électriquement et les champs électromagnétiques qu’elles génèrent, étant la force qui permet la liaison moléculaire. Elle est plus forte que la gravitationnelle et possède deux directions (attraction-répulsion).
- Forte force nucléaire. C’est la force qui maintient les noyaux des atomes stables, en gardant les neutrons et les protons ensemble . Il est plus intense que l’électromagnétique, mais a une portée beaucoup plus courte.
- Force nucléaire faible. C’est la force responsable de la désintégration radioactive, capable d’effectuer des changements dans la matière subatomique, avec une portée encore plus petite que les forces nucléaires fortes.
unités de force
Selon le système international , la force est mesurée en unités appelées Newtons (N) , en l’honneur du grand physicien britannique. Ces unités correspondent à 100 000 dynes et s’entendent comme la quantité de force appliquée pendant une seconde à une masse d’un kilogramme, pour qu’elle acquière la vitesse d’un mètre par seconde . Ou si:
1N = (1kg x 1m) / 1s2
Il existe d’autres unités pour d’autres systèmes métriques, qui équivalent, en Newtons, à :
- 1 kilogramme-force ou kilopond est égal à 9,81 N
- 1 livre-force est égal à 4,448222 N
Comment la force est-elle mesurée ?
Le dynamomètre est l’appareil idéal pour mesurer la force . Il est également utilisé pour calculer le poids des objets. Il a été inventé par Isaac Newton lui-même, en utilisant l’étirement d’un ressort et la loi d’élasticité de Hooke , similaire à une balance à ressort.
Les versions modernes du dynamomètre suivent le même principe et ont des crochets ou des anneaux aux extrémités de leur corps cylindrique, à l’intérieur desquels se trouve un ressort ou une bobine qui agit comme un ressort. À l’une de ses extrémités , la mesure de la force sera marquée (dans certains cas, elle peut même apparaître sur un écran numérique).
Exemples de force
Il y a constamment des exemples de force tout autour de nous. En exerçant notre force musculaire sur un objet pour le soulever , nous surmontons la force de gravité. Si nous poussons un corps massif avec nos épaules , comme un réfrigérateur, nous devrons non seulement vaincre la gravité , mais aussi la force de frottement qui s’oppose au mouvement.
La même chose se produit lorsque nous collons un aimant de réfrigérateur , car la force magnétique le maintient en place, mais si nous nous approchons d’un autre aimant par le même pôle, nous remarquerons plutôt une faible force répulsive, qui est un autre caractère de la même force. magnétique.
force et mouvement
La force et le mouvement sont fortement liés l’un à l’autre. En premier lieu, parce que la force est ce qui est capable de déclencher, d’arrêter ou de modifier un mouvement .
Par exemple, lorsqu’une balle de baseball frappe la batte, la force du frappeur est imprimée sur la seconde pour dévier sa trajectoire (la même qui était initialement impressionnée par la force du lanceur, puisque la balle est normalement au repos) et la rejeter sur le terrain.
Chaque fois qu’il y a une force sur un corps dans la même direction que le déplacement, il y aura un travail effectué par cette force . Le travail nécessaire pour que ce mouvement se produise est égal à l’énergie nécessaire pour déplacer le corps. Selon le type de force et le type de mouvement, diverses formules mathématiques seront disponibles pour les calculer.
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La force de la gravité
La force de gravité est cette force attractive que les masses exercent sur la matière qui les entoure , avec une intensité proportionnelle à leur masse et inversement proportionnelle à la distance qui les sépare.
En fait, le Soleil tire sur notre planète à distance avec le même genre de force qu’il tire sur nous, qui vivons à sa surface. La gravité peut être surmontée momentanément, comme nous le faisons lorsque nous faisons un saut, mais nous finirons par y succomber. Tout ce qui monte librement doit redescendre.
forces intermoléculaires
Ce sont ceux qui maintiennent les molécules ensemble , formant des structures plus complexes et de plus grande masse, dépendant directement de la nature des atomes impliqués. C’est pourquoi elles sont également appelées liaisons intermoléculaires ou liaisons atomiques. Ces forces peuvent être de deux types : les forces de Van der Waals ou les liaisons hydrogène.
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