Une force est une action qui peut mettre un corps en mouvement, modifier son mouvement ou le déformer.
Modifier l’état de repos d’un corps signifie le mettre en mouvement.
Pour lancer un avion de papier dans les airs, on doit appliquer une force sur celui-ci.
MH-Lee, Shutterstock.com
Modifier le mouvement d’un corps, c’est le ralentir, l’accélérer ou modifier sa trajectoire.
Pour changer la vitesse et la trajectoire d’une rondelle, on doit agir sur cette dernière en appliquant une force à l’aide du bâton.
Steve Gilbert, Shutterstock.com
Déformer un corps signifie modifier sa forme.
Pour écraser une boule de pâte, on y applique une force de compression.
Johnny Bravoo, Shutterstock.com
Si plusieurs forces sont exercées simultanément sur un matériau, celui-ci peut tendre à se déformer de différentes façons. On appelle contrainte l’effet que ces forces ont sur le matériau.
On distingue différentes contraintes en fonction de la quantité et de l’orientation des forces exercées.
| Application des forces | Symbole |
|---|---|
| Deux forces appliquées l’une vers l’autre |  |
| Effet | |
| Tendance à écraser les matériaux |
DaniiD, Shutterstock.com
| Application des forces | Symbole |
|---|---|
| Deux forces appliquées dans des sens opposés |  |
| Effet | |
| Tendance à étirer les matériaux |
Dmytro Balkhovitin, Shutterstock.com
| Application des forces | Symbole |
|---|---|
| Une ou deux forces parallèles et de sens opposés, appliquées sur un objet de façon à le faire tourner autour d’un axe |  |
| Effet | |
| Tendance à tordre les matériaux |
Lek in a BIG WORLD, Shutterstock.com
| Application des forces | Symbole |
|---|---|
| Une ou plusieurs forces parallèles et de sens opposés, appliquées à des endroits différents sur un objet |  |
| Effet | |
| Tendance à plier ou à courber les matériaux |
Vaclav P3k, Shutterstock.com
| Application des forces | Symbole |
|---|---|
| Deux forces parallèles et de sens opposés appliquées de façon légèrement décalée l’une par rapport à l’autre |  |
| Effet | |
| Tendance à déchirer ou à fendre les matériaux |
Einar Muoni, Shutterstock.com
Le poids de la partie supérieure de la fourche du vélo applique une force vers le bas tandis que la partie inférieure de la fourche applique une force vers le haut. La suspension subit une contrainte de compression.
DaniiD, Shutterstock.com
La coque du bateau est poussée vers le quai par les vagues. Elle applique donc une force vers le quai tandis que le quai applique une force vers la coque du bateau. Les défenses du bateau subissent une contrainte de compression.
I’M PHOTOGRAPHER, Shutterstock.com
Le poids du grimpeur applique une force vers le bas tandis que l’ancrage qui retient la corde au haut de la paroi applique une force vers le haut. La corde subit une contrainte de traction.
Dmytro Balkhovitin, Shutterstock.com
Le petit chien applique une force vers la gauche, tandis que le gros chien applique une force vers la droite. Le jouet subit une contrainte de traction.
Sue McDonald, Shutterstock.com
La main droite applique une force de façon à faire tourner une extrémité du linge dans un sens, tandis que la main gauche applique une force de façon à faire tourner l’autre extrémité du linge dans l’autre sens. Le linge subit une contrainte de torsion.
Lek in a BIG WORLD, Shutterstock.com
Les mains appliquent une force de façon à faire tourner la clé en croix dans un sens, tandis que l’écrou applique une force de façon à faire tourner la clé en croix dans l’autre sens. La clé en croix subit une contrainte de torsion.
63ru78, Shutterstock.com
Le poids de l’homme applique une force vers le bas au milieu de la slackline, tandis que les ancrages qui retiennent les extrémités de la slackline appliquent des forces vers le haut à chaque extrémité. La slackline subit une contrainte de flexion.
Vaclav P3k, Shutterstock.com
Le poids du panier applique une force vers le bas sur une extrémité de la tige de bois, l’épaule de la personne applique une force vers le haut au milieu de la tige et les mains de la personne appliquent une force vers le bas à l’autre extrémité de la tige. La tige de bois subit une contrainte de flexion.
Omri Eliyahu, Shutterstock.com
La lame de ciseau du haut applique une force vers le bas en un point de la feuille, tandis que la lame du bas applique une force vers le haut en un autre point de la feuille, légèrement par rapport au premier.
Einar Muoni, Shutterstock.com
La faille de San Andreas en Californie subit une contrainte de cisaillement. La partie à droite de la faille se déplace très lentement dans un sens, tandis que la partie à gauche de la faille se déplace dans l’autre sens.
Mike Chappazo, Shutterstock.com
Pour valider ta compréhension à propos des contraintes de façon interactive, consulte la MiniRécup suivante :
Selon la nature du matériau et la grandeur de la force appliquée, la déformation peut être non apparente ou apparente.
Si on applique une contrainte de traction sur une corde non élastique, celle-ci conserve sa forme et ne s’étire pas. La déformation est non apparente.
Marc Dietrich, Shutterstock.com
Si on applique une contrainte de traction sur un élastique, celui-ci se déforme en s’étirant. La déformation est apparente.
Sharomka, Shutterstock.com
Les contraintes peuvent provoquer deux types de déformations, soit la déformation temporaire et la déformation permanente.
| Type de déformation | Description | Exemple |
|---|---|---|
|
Déformation temporaire (ou élastique) |
Le matériau est déformé lorsqu’on applique la contrainte, puis reprend sa forme initiale au moment où la contrainte cesse d’être appliquée. |
Une trampoline qui se déforme sous le poids d’une personne
Pavel1964, Shutterstock.com |
|
Déformation permanente (ou plastique) |
Le matériau est déformé lorsqu’on applique la contrainte, mais ne reprend pas sa forme initiale au moment où la contrainte cesse d’être appliquée. Il conserve sa nouvelle forme. |
De la pâte à modeler qui se déforme quand on l’écrase
DanitzaPulgarM, Shutterstock.com |
Les matériaux ont un seuil de résistance, c’est-à-dire une force maximale qu’ils peuvent supporter. Si la contrainte dépasse le seuil de résistance du matériau, celui-ci se rompt. On appelle cet effet la rupture.
Lorsqu’on gonfle un ballon, le caoutchouc subit une contrainte de traction et se déforme. Si la contrainte dépasse le seuil de résistance du matériau, le ballon éclate. C’est la rupture.
5 second Studio, Shutterstock.com
New Africa, Shutterstock.com
Pour valider ta compréhension à propos des contraintes de façon interactive, consulte la MiniRécup suivante :