Forces parallèles
Cette expérience a pour but d’analyser les effets de l’application de forces parallèles sur un objet et de déterminer les conditions d’équilibre.
Ce que les élèves apprennent
- Composition des forces parallèles
Les fondements scientifiques de cette expérience
En physique, une force est une poussée ou une traction capable de provoquer l’accélération d’un objet doté d’une masse. La force possède à la fois une intensité et une direction, ce qui en fait une grandeur vectorielle. Selon la deuxième loi de Newton, un objet accélère proportionnellement à la force nette qui s’exerce sur lui et inversement proportionnellement à sa masse. On peut également formuler cela en disant que la force nette exercée sur un objet est égale au taux de variation de sa quantité de mouvement. Les forces agissant sur des objets tridimensionnels peuvent également les faire tourner ou se déformer, ou entraîner une variation de pression. La tendance d’une force à provoquer une rotation autour d’un axe est appelée « couple ». La déformation et la pression résultent des contraintes exercées à l’intérieur d’un objet.
Depuis l’Antiquité, les scientifiques ont utilisé la notion de force pour étudier les objets immobiles et en mouvement. Ces études ont abouti aux descriptions, rédigées par le philosophe Archimède au IIIe siècle av. J.-C., du fonctionnement des machines simples. Les lois établies par Archimède concernant l’interaction des forces dans les machines simples font encore partie de la physique moderne. Les descriptions antérieures des forces par Aristote comportaient des erreurs fondamentales, qui ne furent corrigées qu’au XVIIe siècle, lorsque Isaac Newton décrivit correctement le comportement des forces. Les descriptions newtoniennes des forces restèrent inchangées pendant près de trois cents ans.
Matériel utilisé
- Levier, tige perforée, avec une paire de cylindres filetés (poids : environ 18 g chacun) — MEC-036
- Tête de boss en PVC — MEC-048
- Masses cylindriques avec crochet (50, 25, 10 g) — MEC-018, MEC-019, MEC-020
- Poulies à crochet — MEC-024
- Crochet en « S », longueur 30 mm — MEC-032
- Tige avec hameçon, diamètre 10 mm, longueur 127 mm — MEC-034
- Cordon inélastique en polyester, diamètre 0,8 mm, longueur 10 m — MEC-030
- Tige à tige filetée M3, diamètre 8 mm, longueur 70 mm — MEC-041
Questions destinées aux élèves
- Quelle est la raison de l’équilibre de notre canne ? Selon quel principe cet équilibre s’explique-t-il ?
À quoi s’attendre
Vous trouverez ci-dessous une série de valeurs expérimentales possibles parmi de nombreux autres choix envisageables.
Réalisez cette expérience dans votre classe
Cette expérience s'inscrit dans le cadre d'ATP Volta, un laboratoire scientifique mobile autonome qui transforme une salle de classe ordinaire en véritable laboratoire dédié aux STEM, proposant plus de 200 expériences en physique, chimie, biologie, robotique et ingénierie. « Gali », le tuteur basé sur l'IA intégré à ATP Connect, guide les élèves à chaque étape et répond à leurs questions directement au poste de travail.
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