Forces et mouvement dans le sport

I. Les actions mécaniques :

Dans le sport on exerce différentes actions mécaniques : taper dans un ballon, déformer la figure de son adversaire en boxe, soulever des altères etc.. On classe ces actions en 2 catégories :

1) Actions de contact :

Lorsque qu’un objet exerce une action mécanique sur le système étudié et qu’il y a contact entre l’objet et le système on parle d’action de contact.

Exemple : un palet est posé sur une table incliné. Il est en contact avec un ressort comprimé. A combien d'action de contact est-il soumis?

Réponse: il est soumis à 2 actions de contact:

- une table exerce une action de contact appelée réaction de la table sur le palet.

- le ressort exerce une action de contact sur le palet appelée tension du ressort.

2) Actions à distance

Lorsque qu’un objet exerce une action mécanique sur le système étudié et qu’il n’y a pas contact entre l’objet et le système on parle d’action à distance.

Exemples :

- action d’un aimant sur une bille d’acier, appelé action magnétique

- action de la Terre sur un objet appelée action gravitationnelle

- action d’un peigne sur les cheveux : action de type électrostatique

Ces actions s’exercent sans qu’aucun contact ne soit nécessaire.

Observer l’animation suivante et répertorier les actions s’exerçant sur la masse m. Animation : action d’un fil sur le pendule simple sur différentes planètes.

Réponse: sur la masse m s'exerce:

- une action à distance, l'action gravitationnelle de la Terre sur la masse m (appelée son poids)

- une action de contact du fil sur la masse

II) Modélisation d’une action par une force : Vidéo

1) modélisation d’une action par une force

Animation : représentation d’une force par une flèche

Comment modélise-t-on une action mécanique ?

Une action mécanique est modélisée en physique par une force. La force subit par un système de la part d’un autre est représentée par un vecteur. Les caractéristiques du vecteur force sont :

- son point d’application

- sa direction (attention il s'agit d'une droite!)

- son sens

- sa valeur F qui s’exprime en Newton (N). Elle est notée F sans la flèche !!!

On mesure la valeur d’une force avec un dynamomètre.

2)  (rappel du chapitre 7) exemple de vecteur force, le vecteur poids

Le vecteur poids d’un corps de valeur P = 600 N possède 4 caractéristiques :

II) Effets d’une force sur le mouvement :

On se placera dans le référentiel terrestre.

1) Modification de la valeur de la vitesse :

Expérience : Quand on donne une impulsion à une bille initialement immobile, on exerce une force qui la met en mouvement, sa vitesse est alors modifiée (elle passe d’une valeur nulle à une valeur non nulle). Une force appliquée à un corps peut modifier la valeur de sa vitesse.

2) Modification de la direction de la trajectoire

Expérience : En présence de l’aimant, la trajectoire de la bille d’acier est modifiée. L’aimant exerce sur la bille une force appelée force magnétique qui modifie la direction de la trajectoire de la bille. Une force appliquée à un corps peut modifier la direction de sa trajectoire.

3) Influence de la masse du corps :

Au rugby, il est plus difficile de plaquer un joueur de 120 kg qu’un joueur de 80 kg. Il est plus facile de pousser un chariot vide que plein…

L’effet d’une force sur le mouvement d’un système dépend de la masse du système. Plus la masse est faible, plus l’effet de la force est important.

III) forces et sport

1. Enoncé du principe d’inertie (rappel du chapitre 7)

Dans un référentiel terrestre, tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui se compensent.

2) Exemple 1: Le curling

Quelles sont les forces s'exerçant sur le palet au repos, puis lorsqu'il est en mouvement? Représenter ces forces sur la photo.

Cliquer sur le lien suivant :table à coussin d’air et choisir un palet se déplaçant avec frottement sur une table. Ce palet symbolisera celui utilisé au curling.

Réponse:

1) Palet au repos : il est immobile donc il est soumis à des forces qui se compensent:

- la réaction de la glace sur le palet

- son poids P

2) palet en mouvement

Palet lancé : il glisse d’un mouvement rectiligne. Sa vitesse diminue et il s’arrête au bout d’un parcourt plus ou moins long. Une force supplémentaire s’exerce au cours du mouvement : la force de frottements exercée par la glace sur le palet dont l’effet se manifeste par la diminution de sa vitesse.

Comment aller plus loin ?

Les joueurs balaient la glace devant le palet pour réduire les forces de frottements qui lui permet d’aller plus loin. Si on pouvait faire totalement disparaître les forces de frottements, le palet aurait un mouvement rectiligne uniforme (trajectoire une droite et la vitesse constante). Les forces qui lui sont appliquées (poids et réactions du plan) se compenseraient, comme dans le cas du mobile au repos.

3) exemple 2: le saut en parachute

On dispose des relevés d’altitude pendant le saut d’un parachutiste, réalisés à l’aide d’un altimètre.

Tableau de valeurs

Temps saut (s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Altitude (m) 4000 3889 3644 3341 3014 2675 2331 1986 1639

La vitesse du/des parachutiste(s) est-elle constante lors du saut ? Expliquez pourquoi.

Calculer à l'aide d'un tableur la vitesse moyenne entre 0 et 5 secondes puis entre 5 et 10 secondes etc..

D'après le principe d'inertie le parachutiste est-i soumis à des forces qui se compensent?

Quelles sont ces forces et comment évoluent-elle au cours du mouvement? LEs représenter sur le schéma suivant