La notion de force est complexe à déterminer.
« action mécanique capable de modifier le mouvement d’un objet ou de le déformer ».
une force est une grandeur vectorielle, un vecteur qui se caractérise par :
Modification du mouvement :
Déformation :
Forces sur une même droite d’action (même direction) :
Forces appliquées au même point avec des droites d’action différentes :
La vitesse est le rapport de la longueur du chemin parcouru par un objet au temps mis à le parcourir.
Elle se mesure en m/s et nécessite un chronomètre et des capteurs de positionnement.
On distingue :
- la vitesse instantanée : à un instant précis
- la vitesse moyenne lors d’une durée
L'accélération, en physique, est une grandeur vectorielle qui décrit le changement de la vitesse d'un objet au cours du temps.
L'accélération est une mesure de la variation de la vitesse par unité de temps, que ce soit en augmentant ou en diminuant.
L'accélération est exprimée en mètres par seconde carrée (m/s^2).
Si la somme ou la résultante des forces qui s’exerce sur un objet est nulle alors le vecteur vitesse de l’objet est constant.
"Tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme, à moins que des forces extérieures agissent sur lui."
Si les forces qui s’exercent sur l’objet se compensent, l’objet est :
- au repos ou immobile
- en mouvement rectiligne et uniforme
Vecteur P + R = 0
La seconde loi de Newton, aussi appelée loi fondamentale de la dynamique, est l'un des principes de base de la mécanique classique. Elle établit la relation entre les forces appliquées à un objet, sa masse, et l'accélération produite.
Cette loi est fondamentale pour comprendre comment les objets bougent et réagissent aux forces.
"La variation de mouvement d’un corps est proportionnelle à la force qui lui est appliquée, et cette variation se fait dans la direction de cette force."
La force résultante exercée sur un objet toujours égale à la masse de cet objet multipliée par son acccélération.L’accélération produite a toujours la même orientation que la force résultante.
Accélération et masse : Un objet plus lourd (ayant une plus grande masse) aura besoin de plus de force pour atteindre la même accélération qu’un objet plus léger.
Direction de l’accélération : L’accélération prend la même direction que la force appliquée. Si la force change de direction, l’accélération change également.
Force nette : Dans la réalité, plusieurs forces peuvent s’appliquer en même temps (gravité, friction, etc.). La seconde loi s'applique à la force nette, c'est-à-dire la somme vectorielle de toutes les forces appliquées.
Un objet qui exerce une force sur un autre objet subit de la part de cet objet une force égale, de même direction mais de sens opposé.
“action-réaction”
"À toute action correspond une réaction égale et opposée."
Lorsque un objet exerce une force sur un second objet, ce dernier exerce une force de même intensité, dans la direction opposée, sur le premier objet.
Interaction : La force d'action et la force de réaction résultent toujours d'une interaction entre deux objets.
Indépendance du mouvement : Même si les forces sont égales, leurs effets dépendent des masses et des conditions des objets.
Lorsqu’on marche : En poussant sur le sol avec vos pieds, le sol exerce une force égale et opposée, vous permettant d’avancer.
Poids :
La terre est tout autant attirée par l’objet que l’objet par la terre.
La terre est tellement plus massive que la force d’attraction qu’elle subit est négligeable par rapport à celle qu’elle inflige aux objets.
Cette force d’attraction vers la Terre ou force de gravité exercée par la Terre sur un objet est appelée force de poids.
Réaction du support :
La réaction du support est la force opposée à la force de gravité exercée par la surface avec laquelle l'objet est en contact. Elle est perpendiculaire à cette surface, dirigée vers le haut, et a une intensité égale et opposée au poids lorsque l'objet est en équilibre. Elle n'est pas liée à la gravité, mais à la résistance du support (comme le sol).
La réaction n’est pas une force liée à la gravité. La réaction peut aussi être une force de nature électrique. Les électrons du sol repoussent les électrons de l’objet et l’empêche de continuer sa descente.
Mouvement de translation rectiligne
Un objet a un mouvement de translation rectiligne lorsque chaque point de cet objet se déplace au cours du temps sur des droites parallèles entre elles.
Mouvement rectiligne uniforme/accéléré
Un objet en mouvement présente un mouvement de translation rectiligne uniforme si son déplacement s’effectue à vitesse constante avec une accélération nulle.
Un objet en mouvement présente un mouvement de translation rectiligne accéléré si son déplacement s’effectue à vitesse variable.
Force de frottement
La force de frottement est une composante perpendiculaire de la force de réaction.
Elle s’exerce entre 2 objets en contact.
Elle est parallèle aux surfaces en contact, que l’objet soit immobile ou en mouvement.
La force de frottement est proportionnelle à la force de réaction et le coefficient de proportionnalité dépend du mouvement et du type de frottement entre les objets.
Équilibre de translation sur plan incliné
Quelles forces s'exercent sur un objet posé sur un plan incliné ?
- le poids (dirigée vers le bas)
- la résistance du plan perpendiculaire à la surface de contact du plan incliné et dirigée vers le haut
- la force de frottement parallèle au plan incliné et dirigée vers le sommet
L’objet est immobile si la somme des forces qui s’exercent sur lui est nulle ou si une action motrice dirigée vers le sommet le retient.
Plus la pente du plan incliné est grande : - plus la force F à exercer pour retenir l’objet devra être importante Elle dépend de l’angle Alpha
Mouvement De rotation autour d’un axe fixe
Un objet est en rotation si la trajectoire de tous ses points sont des cercles dont les centres sont sur une même droite (axe de rotation).
Les trajectoires des points de l’objet sont des cercles concentriques qui ont le même centre de rotation.
Le moment d’une force est l’effet d’une force sur la rotation d’un objet autour d’un axe fixe.
Il dépend de la distance entre l’axe de rotation et la droite d’action d’une force mesurée perpendiculairement à la droite d’action de la force : bras de levier
Plus le bras de levier est grand plus la force est efficace et produit de la rotation.
Plus la force est appliquée perpendiculairement à la droite qui relie l’axe et le point d’application de la force plus la force est efficace pour produire de la rotation.
Le centre de gravité d’un objet ?
Sans mouvement le poids d’applique à différents points matériels d’un objet.
Le centre de gravité d’un objet est le point moyen ou s’applique majoritairement la force de gravité ou le poids.
En fonction de la position et de la forme de l’objet, le centre de gravité peut se situer sur l’objet ou en dehors de l’objet.
Point du corps humain où s’exerce le poids.
=> point résultant des centres de gravités des différents segments du corps humain
=> sa position dépend de la position des différents segment
G debout et immobile en position anatomique
=> sa position varie => elle dépend de la position des différents segment
=> polygone obtenu en joignant les différents points par lesquels un corps repose sur un support
=> polygone de sustentation
=> La taille du polygone de sustentation humain varie en fonction de la position des appuis
=> debout chez l’homme
Pression du poids du corps :
“force” exercée par le poids sur le support qui l’accueille
=> grandeur physique d’une force sur la surface du corps avec laquelle elle se trouve en contact
+ le poids est grand => + la pression ↗
+ la surface d’application est grande => + la pression↘
+ la surface d’application est faible => + la pression ↗
Équilibre statique
Un corps solide est dit en équilibre sur son support lorsque son centre de gravité se projette perpendiculairement dans la base de sustentation correspondante à ses appuis sur le support et que l’ensemble des forces de translation et de rotation s’ équilibre.
Lorsque G ne se projette plus dans la base de sustentation le corps n’est plus en équilibre statique. Une force motrice est nécessaire pour le maintenir en équilibre.
NB : Augmenter la base de sustentation permet un équilibre plus aisé même sur un support de faible réaction !
Force musculaire et motrice
Au cours du mouvement l’angle de la force motrice change.
La force motrice des fléchisseurs du coude se décompose en 2 forces :
- une force normale rotatoire
- force de tangentielle coaptatrice
Plus la force motrice augmente et plus ses composantes augmentent.
Choisir un levier d’application et un angle de travail adaptés et à l’état de l’articulation permet de limiter la force coaptatrice et réduit la force coaptatrice.
Description des forces que subissent les particules élémentaires des matériaux.
En fonction de la nature du matériau et de l’importance des contraintes qu’il subit, le matériau peut se déformer.
Compression
Contraintes issues de forces, appliquées à différents points d’un matériau et dirigées de manière opposée pour réduire sa taille.
=> contraintes d’écrasement
La déformation est la variation relative de la longueur initiale de l’objet.
Elle dépend de la nature du matériau et de sa résistance à la compression.
Un matériau possède un coefficient de résistance ou rigidité (R) aux forces ou contraintes de déformations compressives (D) qui lui est propre. (module de Young, caractérisant la rigidité du matériau).
Si R>D ou R=D => absence de déformation
Si D>R => déformation du matériau proportionnelle à sa R et à l’intensité de D.
Elasticité :
Déformation supérieure à la Rigidité mais proche de sa valeur:
D>R
La déformation du matériau est proportionnelle aux contraintes qui lui sont appliquées puis le matériau reprend sa forme initiale lorsque les contraintes disparaissent.
Plasticité :
Déformation bien supérieure à la Rigidité: D>>R
Il existe un état post-contrainte qui déforme le matériau.
Il persiste une déformation résiduelle lorsque ces contraintes déformantes disparaissent.
Rupture
Déformation nettement supérieure à la Rigidité: D>>>R
Lorsque les contraintes dépassent le seuil de résistance (point de rupture du matériau) celui-ci cède et rompt.
Assemblage de matériaux :
- rigide => collagène
- élastique => élastine
- fluide => eau - acide hyaluronique = viscosité
=> Résistance viscoélastique
Possibilité d’allongement ou de fluage durable à condition de prendre le temps d’appliquer les justes forces sans excès d’intensité +++ thérapie manuelle
POUR CONCLURE :
Pour tenir verticale sur terre une construction doit :
- être résistante grâce aux qualités de ses matériaux constituants et à leurs associations (éléments composites)
- être légère et souple par les agencements des divers matériaux (tenségrité)
Ainsi, la construction ne s’effondre pas, elle résiste et peut s’adapter aux forces et aux contraintes qu’elle subit.
Sur terre, toute construction verticale subit :
- une force verticale directement liée à sa masse, à la pesanteur et à la gravité
- une contre force verticale opposée qui lui permet de ne pas s’enfoncer dans le sol : la réaction du support
=> Ces forces inverses exercent des pressions, des forces ou contraintes de compression, qui tendent à écraser la construction.
Sur terre, pour tenir en équilibre sur son support une construction doit :
- projeter son centre de gravité (point ou s’exerce le poids) sur la surface (base de sustentation) avec laquelle elle se trouve en contact avec le sol support
ET/OU
- s’organiser pour résister aux autres forces environnementales
=> forces motrices
La notion de force est complexe à déterminer.
« action mécanique capable de modifier le mouvement d’un objet ou de le déformer ».
une force est une grandeur vectorielle, un vecteur qui se caractérise par :
Modification du mouvement :
Déformation :
Forces sur une même droite d’action (même direction) :
Forces appliquées au même point avec des droites d’action différentes :
La vitesse est le rapport de la longueur du chemin parcouru par un objet au temps mis à le parcourir.
Elle se mesure en m/s et nécessite un chronomètre et des capteurs de positionnement.
On distingue :
- la vitesse instantanée : à un instant précis
- la vitesse moyenne lors d’une durée
L'accélération, en physique, est une grandeur vectorielle qui décrit le changement de la vitesse d'un objet au cours du temps.
L'accélération est une mesure de la variation de la vitesse par unité de temps, que ce soit en augmentant ou en diminuant.
L'accélération est exprimée en mètres par seconde carrée (m/s^2).
Si la somme ou la résultante des forces qui s’exerce sur un objet est nulle alors le vecteur vitesse de l’objet est constant.
"Tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme, à moins que des forces extérieures agissent sur lui."
Si les forces qui s’exercent sur l’objet se compensent, l’objet est :
- au repos ou immobile
- en mouvement rectiligne et uniforme
Vecteur P + R = 0
La seconde loi de Newton, aussi appelée loi fondamentale de la dynamique, est l'un des principes de base de la mécanique classique. Elle établit la relation entre les forces appliquées à un objet, sa masse, et l'accélération produite.
Cette loi est fondamentale pour comprendre comment les objets bougent et réagissent aux forces.
"La variation de mouvement d’un corps est proportionnelle à la force qui lui est appliquée, et cette variation se fait dans la direction de cette force."
La force résultante exercée sur un objet toujours égale à la masse de cet objet multipliée par son acccélération.L’accélération produite a toujours la même orientation que la force résultante.
Accélération et masse : Un objet plus lourd (ayant une plus grande masse) aura besoin de plus de force pour atteindre la même accélération qu’un objet plus léger.
Direction de l’accélération : L’accélération prend la même direction que la force appliquée. Si la force change de direction, l’accélération change également.
Force nette : Dans la réalité, plusieurs forces peuvent s’appliquer en même temps (gravité, friction, etc.). La seconde loi s'applique à la force nette, c'est-à-dire la somme vectorielle de toutes les forces appliquées.
Un objet qui exerce une force sur un autre objet subit de la part de cet objet une force égale, de même direction mais de sens opposé.
“action-réaction”
"À toute action correspond une réaction égale et opposée."
Lorsque un objet exerce une force sur un second objet, ce dernier exerce une force de même intensité, dans la direction opposée, sur le premier objet.
Interaction : La force d'action et la force de réaction résultent toujours d'une interaction entre deux objets.
Indépendance du mouvement : Même si les forces sont égales, leurs effets dépendent des masses et des conditions des objets.
Lorsqu’on marche : En poussant sur le sol avec vos pieds, le sol exerce une force égale et opposée, vous permettant d’avancer.
Poids :
La terre est tout autant attirée par l’objet que l’objet par la terre.
La terre est tellement plus massive que la force d’attraction qu’elle subit est négligeable par rapport à celle qu’elle inflige aux objets.
Cette force d’attraction vers la Terre ou force de gravité exercée par la Terre sur un objet est appelée force de poids.
Réaction du support :
La réaction du support est la force opposée à la force de gravité exercée par la surface avec laquelle l'objet est en contact. Elle est perpendiculaire à cette surface, dirigée vers le haut, et a une intensité égale et opposée au poids lorsque l'objet est en équilibre. Elle n'est pas liée à la gravité, mais à la résistance du support (comme le sol).
La réaction n’est pas une force liée à la gravité. La réaction peut aussi être une force de nature électrique. Les électrons du sol repoussent les électrons de l’objet et l’empêche de continuer sa descente.
Mouvement de translation rectiligne
Un objet a un mouvement de translation rectiligne lorsque chaque point de cet objet se déplace au cours du temps sur des droites parallèles entre elles.
Mouvement rectiligne uniforme/accéléré
Un objet en mouvement présente un mouvement de translation rectiligne uniforme si son déplacement s’effectue à vitesse constante avec une accélération nulle.
Un objet en mouvement présente un mouvement de translation rectiligne accéléré si son déplacement s’effectue à vitesse variable.
Force de frottement
La force de frottement est une composante perpendiculaire de la force de réaction.
Elle s’exerce entre 2 objets en contact.
Elle est parallèle aux surfaces en contact, que l’objet soit immobile ou en mouvement.
La force de frottement est proportionnelle à la force de réaction et le coefficient de proportionnalité dépend du mouvement et du type de frottement entre les objets.
Équilibre de translation sur plan incliné
Quelles forces s'exercent sur un objet posé sur un plan incliné ?
- le poids (dirigée vers le bas)
- la résistance du plan perpendiculaire à la surface de contact du plan incliné et dirigée vers le haut
- la force de frottement parallèle au plan incliné et dirigée vers le sommet
L’objet est immobile si la somme des forces qui s’exercent sur lui est nulle ou si une action motrice dirigée vers le sommet le retient.
Plus la pente du plan incliné est grande : - plus la force F à exercer pour retenir l’objet devra être importante Elle dépend de l’angle Alpha
Mouvement De rotation autour d’un axe fixe
Un objet est en rotation si la trajectoire de tous ses points sont des cercles dont les centres sont sur une même droite (axe de rotation).
Les trajectoires des points de l’objet sont des cercles concentriques qui ont le même centre de rotation.
Le moment d’une force est l’effet d’une force sur la rotation d’un objet autour d’un axe fixe.
Il dépend de la distance entre l’axe de rotation et la droite d’action d’une force mesurée perpendiculairement à la droite d’action de la force : bras de levier
Plus le bras de levier est grand plus la force est efficace et produit de la rotation.
Plus la force est appliquée perpendiculairement à la droite qui relie l’axe et le point d’application de la force plus la force est efficace pour produire de la rotation.
Le centre de gravité d’un objet ?
Sans mouvement le poids d’applique à différents points matériels d’un objet.
Le centre de gravité d’un objet est le point moyen ou s’applique majoritairement la force de gravité ou le poids.
En fonction de la position et de la forme de l’objet, le centre de gravité peut se situer sur l’objet ou en dehors de l’objet.
Point du corps humain où s’exerce le poids.
=> point résultant des centres de gravités des différents segments du corps humain
=> sa position dépend de la position des différents segment
G debout et immobile en position anatomique
=> sa position varie => elle dépend de la position des différents segment
=> polygone obtenu en joignant les différents points par lesquels un corps repose sur un support
=> polygone de sustentation
=> La taille du polygone de sustentation humain varie en fonction de la position des appuis
=> debout chez l’homme
Pression du poids du corps :
“force” exercée par le poids sur le support qui l’accueille
=> grandeur physique d’une force sur la surface du corps avec laquelle elle se trouve en contact
+ le poids est grand => + la pression ↗
+ la surface d’application est grande => + la pression↘
+ la surface d’application est faible => + la pression ↗
Équilibre statique
Un corps solide est dit en équilibre sur son support lorsque son centre de gravité se projette perpendiculairement dans la base de sustentation correspondante à ses appuis sur le support et que l’ensemble des forces de translation et de rotation s’ équilibre.
Lorsque G ne se projette plus dans la base de sustentation le corps n’est plus en équilibre statique. Une force motrice est nécessaire pour le maintenir en équilibre.
NB : Augmenter la base de sustentation permet un équilibre plus aisé même sur un support de faible réaction !
Force musculaire et motrice
Au cours du mouvement l’angle de la force motrice change.
La force motrice des fléchisseurs du coude se décompose en 2 forces :
- une force normale rotatoire
- force de tangentielle coaptatrice
Plus la force motrice augmente et plus ses composantes augmentent.
Choisir un levier d’application et un angle de travail adaptés et à l’état de l’articulation permet de limiter la force coaptatrice et réduit la force coaptatrice.
Description des forces que subissent les particules élémentaires des matériaux.
En fonction de la nature du matériau et de l’importance des contraintes qu’il subit, le matériau peut se déformer.
Compression
Contraintes issues de forces, appliquées à différents points d’un matériau et dirigées de manière opposée pour réduire sa taille.
=> contraintes d’écrasement
La déformation est la variation relative de la longueur initiale de l’objet.
Elle dépend de la nature du matériau et de sa résistance à la compression.
Un matériau possède un coefficient de résistance ou rigidité (R) aux forces ou contraintes de déformations compressives (D) qui lui est propre. (module de Young, caractérisant la rigidité du matériau).
Si R>D ou R=D => absence de déformation
Si D>R => déformation du matériau proportionnelle à sa R et à l’intensité de D.
Elasticité :
Déformation supérieure à la Rigidité mais proche de sa valeur:
D>R
La déformation du matériau est proportionnelle aux contraintes qui lui sont appliquées puis le matériau reprend sa forme initiale lorsque les contraintes disparaissent.
Plasticité :
Déformation bien supérieure à la Rigidité: D>>R
Il existe un état post-contrainte qui déforme le matériau.
Il persiste une déformation résiduelle lorsque ces contraintes déformantes disparaissent.
Rupture
Déformation nettement supérieure à la Rigidité: D>>>R
Lorsque les contraintes dépassent le seuil de résistance (point de rupture du matériau) celui-ci cède et rompt.
Assemblage de matériaux :
- rigide => collagène
- élastique => élastine
- fluide => eau - acide hyaluronique = viscosité
=> Résistance viscoélastique
Possibilité d’allongement ou de fluage durable à condition de prendre le temps d’appliquer les justes forces sans excès d’intensité +++ thérapie manuelle
POUR CONCLURE :
Pour tenir verticale sur terre une construction doit :
- être résistante grâce aux qualités de ses matériaux constituants et à leurs associations (éléments composites)
- être légère et souple par les agencements des divers matériaux (tenségrité)
Ainsi, la construction ne s’effondre pas, elle résiste et peut s’adapter aux forces et aux contraintes qu’elle subit.
Sur terre, toute construction verticale subit :
- une force verticale directement liée à sa masse, à la pesanteur et à la gravité
- une contre force verticale opposée qui lui permet de ne pas s’enfoncer dans le sol : la réaction du support
=> Ces forces inverses exercent des pressions, des forces ou contraintes de compression, qui tendent à écraser la construction.
Sur terre, pour tenir en équilibre sur son support une construction doit :
- projeter son centre de gravité (point ou s’exerce le poids) sur la surface (base de sustentation) avec laquelle elle se trouve en contact avec le sol support
ET/OU
- s’organiser pour résister aux autres forces environnementales
=> forces motrices
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