Définition
Référentiel
2. **En gestion de projet ou management** :
Force
Une force est une interaction physique mesurable entre deux objets, pouvant modifier l'état de repos ou de mouvement d'un objet.
Force conservative
Une force est dite conservative si le travail qu'elle effectue sur un objet qui se déplace d'un point à un autre est indépendant de la trajectoire suivie.
Force non conservative
Une force non conservative est une force pour laquelle le travail dépend de la trajectoire; typiquement, les forces de frottements sont non conservatives.
Principe fondamental de la dynamique (PFD)
Le principe fondamental de la dynamique, ou deuxième loi de Newton, stipule que la somme des forces extérieures exercées sur un système est égale à la dérivée temporelle de sa quantité de mouvement.
Sélection du référentiel et repère adapté
La sélection d'un référentiel approprié est cruciale pour analyser correctement un problème de mécanique. Un référentiel galiléen, où les lois de Newton sont valables, est souvent préféré. Par exemple, pour étudier le mouvement d'une voiture sur une route, le référentiel terrestre est généralement utilisé. Dans des problèmes astronomiques, un référentiel héliocentrique peut être plus adapté.
Types de référentiels
Les différents types de référentiels incluent les référentiels galiléens, où la première loi de Newton est respectée, et les référentiels non-galiléens, qui sont en mouvement accéléré par rapport à un référentiel galiléen. Dans ces derniers, des forces fictives, telles que la force centrifuge, apparaissent.
Types de forces
Les forces se distinguent par leur origine et leur nature. Le poids est une force résultant de la gravitation terrestre. La réaction normale est perpendiculaire à la surface de contact et s'oppose à la force du poids. Les forces de frottement, statique et cinétique, s'opposent au mouvement entre deux surfaces en contact. La tension est une force qui agit le long d'un câble ou d'une corde.
Forces conservatives et non conservatives
Une force conservative, comme la gravité, conserve l'énergie mécanique totale puisqu'elle dépend seulement des positions initiale et finale. En revanche, une force non conservative, telle que le frottement, dissipe de l'énergie sous forme de chaleur.
Application du Principe Fondamental de la Dynamique
Le principe fondamental de la dynamique permet de calculer la force, la vitesse ou l'accélération d'un objet. La formule générale est ΣF = ma, où ΣF est la somme des forces, m est la masse et a est l'accélération. Ce principe est utilisé pour établir les équations du mouvement.
Calculer le travail d'une force
Le travail d'une force est calculé par W = F · d · cos(θ), où W est le travail, F est la force, d est le déplacement et θ est l'angle entre la force et le déplacement. Ce travail est une mesure de l'énergie transférée par la force.
Calcul des énergies
L'énergie mécanique est la somme de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle d'un système. L'énergie cinétique est donnée par ½mv², où m est la masse et v est la vitesse. L'énergie potentielle gravitationnelle est mgh, où h est la hauteur par rapport au sol.
Application du théorème de conservation de l'énergie mécanique
Le théorème de conservation de l'énergie mécanique stipule que dans un système isolé, en absence de forces non conservatives, l'énergie mécanique totale reste constante. Ce principe est fondamental pour comprendre la dynamique des systèmes.
Application du théorème de l'énergie cinétique
Le théorème de l'énergie cinétique stipule que le travail total effectué par les forces sur un objet est égal au changement de son énergie cinétique. Ce théorème est utile pour déterminer l'évolution de la vitesse d'un objet soumis à des forces.
Établissement des équations du mouvement
Pour établir les équations du mouvement, il faut appliquer les lois de Newton et éventuellement le théorème de l'énergie cinétique. Cela implique d'exprimer les forces en jeu et de résoudre les équations différentielles qui en découlent.
A retenir :
Dans l'étude de la physique mécanique, une compréhension claire des concepts de référentiel et de force est essentielle. La sélection d'un référentiel approprié, la distinction entre les types de forces et la compréhension des notions de forces conservatives et non conservatives permettent une analyse approfondie des systèmes mécaniques. Les lois de Newton, et en particulier le principe fondamental de la dynamique, sont des outils clés pour établir les équations du mouvement. Calculer le travail des forces ainsi que les différentes énergies en jeu permet d'appliquer les théorèmes de l'énergie pour mieux comprendre les mouvements et interactions dans un système donné.
