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Force

          

En physique, la force est un modèle qui sert à  étudier l'accélération ou la déformation d'un corps. Le concept de force fut décrit par Archimède.

Sommaire
1 Le vecteur force
2 Quelques exemples de forces
3 Force, travail et énergie
4 Les quatre forces de la nature
5 Voir aussi

Le vecteur force

Le modèle utilisé est un vecteur, souvent noté . Le sens et la direction du vecteur indiquent la direction et le sens de l'accélération ou de la déformation, la longueur du vecteur indique l'intensité de l'action. Cette intensité est exprimée en newton (N), homogène à  des kg m s-2.

Le point d'application est l'endroit de l'objet o๠le phénomène exerce son action. Cette action peut être transmise aux autres points de l'objet par déformation élastique, par exemple, si l'on pousse une voiture, la force exercée par la paume de la main est transmise au reste du véhicule. Pour les forces qui s'exercent sur la totalité de l'objet, comme le poids, on considère que le point d'application est le barycentre , encore appelé "centre de masse" ou "centre de gravité".

Quelques exemples de forces

Les phénomènes qui provoquent l'accélération ou la déformation sont très divers, on distinguent donc plusieurs types de forces, mais qui sont tous modélisés par ce même objet (vecteur force) ; par exemple, on peut classer les forces selon leur distance d'action :

Dans le cas de l'accélération, le rapport entre la force et le mouvement est donné par la loi de Newton,ou "principe fondamental de la dynamique" :
o๠est la quantité de mouvement (ou impulsion) de l'objet (c'est-à -dire le produit de la masse par la vitesse) et t est le temps. Si la masse est constante, alors on a
o๠est l'accélération.

Dans le cas le plus simple de la déformation élastique, l'allongement ou la compression modérée du ressort dans l'axe, la force est proportionnelle à  l'allongement relatif, soit à  une dimension :

F = k.Δl
o๠k est la constante de raideur du ressort et Δl est sa variation de longueur (longueur finale moins longueur initiale). La déformation des solide est étudiée par la mécanique des milieux continus (MMC).

Lorsqu'une force s'exerce sur une surface, il est parfois intéressant de considérer la répartition de la force selon la surface. Par exemple, si l'on enfonce une punaise dans du bois, la punaise s'enfonce car la force est répartie sur une toute petite surface (l'extrémité de la pointe) ; si l'on appuie simplement avec le doigt, le doigt ne va pas s'enfoncer dans le bois car la force est répartie sur une grande surface (l'extrémité du doigt). Pour ce type d'études, on divise l'intensité de la force par la surface sur laquelle elle s'exerce, c'est la pression. Au sein d'un matériau solide, cette pression est appelée contrainte (stress).

Force, travail et énergie

L'énergie fournie par l'action d'une force est appelé travail.

En physique, force et énergie sont deux manières différente de modéliser les phénomènes. Selon les cas, on préfère l'une ou l'autre expression. Par exemple, on pourra traiter la chute d'un objet avec les forces (loi de Newton, l'accélération est proportionnelle à  la force et inversement proportionnelle à  la masse) ou avec les énergies (la diminution de l'énergie potentielle de gravité est égale à  l'augmentation de l'énergie cinétique). En fait, la force est la dérivée de l'énergie, et l'énergie est l'intégrale de la force.

Les quatre forces de la nature

L'ensemble des interactions de la matière s'explique par uniquement quatre types de forces :

A notre échelle, la plupart des interactions proviennent de la force gravitationnelle (essentiellement, en ce qui nous concerne, le fait qu'on est attiré par la terre, qu'elle ne se désagrège pas en poussière, les mouvements des astres et les efforts qu'elle crée sur la croà»te terrestre, participant à  son évolution géologique, les marées), et de la force électro-magnétique, qui est la cause de pratiquement tout ce qu'on peut observer (dureté de certaines matières, réactions chimiques, le feu, état liquide, solide ou gazeux de la matière, frottements, comportement de la lumière, électricité, microprocesseurs, stockage de cet article sur tout type de média connu etc.). Ces phénomènes sont régis par les interactions électro-magnétiques entre les molécules qui composent la matière.

L'interaction faible est responsable du fait que les atomes ne se désagrègent pas, ce qui est beaucoup, puisque c'est une des conditions de notre existence. En dehors de ça, on en voit la manifestation dans les réactions nucléaires et le fait que le soleil, aidé aussi en cela par un bel effort conjoint de la force gravitationnelle (pour créer les conditions des réactions nucléaires en son centre, et aussi pour éviter à  notre terre de trop s'éloigner de lui) et de la force électro-magnétique (pour transporter ses rayons lumineux jusqu'à  nous) nous chauffe et nous inonde de son énergie vitale.

L'interaction forte, beaucoup plus discrète à  notre échelle, permet aux particules composées de quarks, comme les protons et les neutrons, de ne pas se désagréger. En dehors des accélérateurs de particules des physiciens, elle se tient suffisamment tranquille pour ne jamais intervenir dans notre vie quotidienne, depuis, tout de même, ce fameux Big Bang, à  qui on doit aussi beaucoup.

Voir aussi: Interaction élémentaire

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