Les actions mécaniques





  1. Définition
  2. Effets d’une action mécanique
  3. Actions et interactions
  4. Caractéristiques d’une action
  5. Actions de contact et à distance
  6. Actions réparties et localisées
  7. Action de l’eau (ou d’un autre liquide)
  8. Action de l’air (ou d’un autre gaz)
  9. Action d’un support
  10. Action de la Terre
  11. Bilan des actions
  12. Diagramme objet-action

Définition



Lorsqu’un système agit directement sur un autre système on dit qu’il exerce une action mécanique.

Remarque

Agir « directement » ne signifie pas nécessairement qu’il y ait contact entre l’auteur et le receveur de l’action mais plutôt qu’aucun intermédiaire n’intervienne.
Par exemple lorsqu’une personne tiens entre ses doigts une ficelle à laquelle est accrochée une bille alors:

  • il y a une action de la personne sur la ficelle
  • il y une action de la ficelle sur la bille
  • mais il n’y a pas d’action de la personne sur la bille.

Exemples d’actions mécaniques

  • un lycéen soulève son cartable
  • un je foot donne un coup de pieds dans un ballon
  • un table soutient une assiette
  • un aimant attire un morceau de fer
  • un noyau atomique attire des électrons
  • le vent pousse la voile d’un bateau

Effets d’une action mécanique

Lorsqu’un système est soumis à une action les principaux effets qu’il peut subir sont:

  • un changement de trajectoire (une déviation)
  • une modification de vitesse ( accélération ou ralentissement)
  • une mise en mouvement
  • un arrêt
  • un équilibre
  • une déformation (étirement, torsion…)
  • une cassure
  • une variation de volume

On peut résumer en disant que les principaux effets d’une action mécanique sont une modification du mouvement, de la forme ou du volume.

Actions et interactions

Lorsqu’un système n°1 agit sur un système n°2 alors il existe aussi une action du système n°2 sur le système n°1 qui se fait avec une même intensité, selon une même direction mais avec un sens opposé.

L’ensemble de ces actions qui coexistent toujours entre deux systèmes constitue ce que l’on appelle une interaction.

Exemples

  • Si un aimant attire un clou en fer alors l’aimant est aussi attiré par le clou.
  • si une table agit sur un objet posé sur elle en le soutenant alors l’objet agit aussi sur la table en pesant sur elle (en exerçant une poussée)
  • le Soleil attire la Terre (action de gravitation) mais la Terre attire aussi le Soleil.

Remarque



Même si les deux forces qui s’exercent lors d’une interaction ont la même intensité leurs effets peuvent être différents, ils sont d’autant plus importants que la masse du système est faible. Par exemple l’interaction gravitationnelle entre la Terre et le Soleil provoque la révolution de la Terre autour du Soleil et non pas l’inverse car la Terre est le système de plus petite masse.

Caractéristiques d’une action

Chaque action possède comme principales caractéristiques:

  • l’auteur et le receveur de l’action
  • une intensité
  • une direction (autrement dit un axe qui peut être horizontal, vertical ou incliné d’un certain angle)
  • un sens (qui correspond à l’orientation de la force, par exemple vers le bas, le haut, la gauche, la droite, vers un point donné etc)
  • un point ou une zone d’application qui correspond à la partie du système receveur où s’exerce l’action
  • le classement parmi les actions de contact ou à distance

Actions de contact et à distance

Définitions

Une action est dite de contact si elle ne peut s’exercer qu’à condition qu’il ait contact entre l’auteur et le receveur de l’action.

Une action est dite à distance si elle peut s’exercer même en l’absence de contact entre l’auteur et le receveur de l’action.

Les action à distance sont les actions:

  • électriques (entre particules chargées)
  • magnétiques
  • gravitationnelles (dont fait partie le poids)
  • nucléaires (entre les nucléons et les quarks)

Toutes les autres actions sont des actions de contact.

Remarque

Tout contact entre des objets ou des fluides s’accompagne nécessairement d’actions de contact.

Actions réparties et localisées

Définition

Une action est dite localisées si elle s’exerce sur une partie du receveur suffisamment réduite pour être assimilée à un point.

Remarque

Il s’agit d’une notion relativement subjective puisqu’elle repose sur l’appréciation de ce qu’est une « une partie suffisamment réduite ».

Exemples

  • action de contact de la pointe d’un clou sur une planche en bois
  • action d’un des pieds d’une chaise sur le sol sur lequel elle repose.
  • action du fil d’une canne à pêche sur l’hameçon auquel il est noué.

Une action est dite répartie si elle s’exerce sur une zone trop grande pour être assimilée à un point.



Une action peut être répartie soit en surface soit en volume (chaque partie du receveur est soumis à l’action même si on ne considère que l’action globale) .

Toute les actions à distance (électrique, magnétiques, gravitationnelles, nucléaires) sont des forces réparties en volume.

Les actions de contact ne peuvent quant à elles être réparties qu’en surface.

Exemples 

  • l’action du vent sur une voile
  • une table soutenant un téléphone posé sur elle.
  • la main d’un voyageur soulevant une valise par sa poignée
  • l’eau de mer permettant à un bateau de flotter.

Action de l’eau (ou d’un autre liquide)

Lorsqu’un système est immergé, l’eau exerce une action de contact.

Pour un système en équilibre (immobile) cette action correspond à ce que l’on appelle la poussée d’Archimède.

Si le système est en mouvement l’eau exerce une action de frottement qui tend à ralentir le mouvement.

La plupart du temps ces deux types d’action sont désignées sous la dénomination « action de l’eau » mais il arrive qu’elles soient considérées de manière distincte.

Action de l’air (ou d’un autre gaz)

Dans la plupart des cas elle négligée mais il est indispensable d’en tenir compte:

  • pour des systèmes très peu denses comme des copeaux de polystyrène expansé, un ballon dirigeable, une montgolfière. Dans cas l’air exerce, tout comme l’eau, une poussée d’Archimède.
  • pour un système atteignant une vitesse importante, l’air exerce alors une action de frottement non négligeable.
  • pour un système présentant une surface importante d’exposition à l’air comme une plume, une feuille de papier, une aile volante. Dans cas les frottements de l’air deviennent rapidement non négligeables même à vitesse réduite.

Action d’un support

Le simple fait de poser un système sur un support (sol, table, main etc) expose ce système à une action de « soutien » de la part du support qui compense les actions entraînant le système vers le bas (en particulier son poids)



L’action du support est toujours perpendiculaire à sa surface de contact et orientée vers l’objet.

Action de la Terre

Tout système terrestre est soumis à l’action gravitationnelle de la terre qui correspond au poids de l’objet.

C’est une action à distance répartie sur tout le volume du système.

Bilan des actions

L’étude d’un système peut passer un bilan des actions qu’il subit. Ce bilan est une liste des auteurs des différentes actions pouvant éventuellement comporter certaines de leurs caractéristiques.

Quelques conseil pour faire un bilan des actions:

  • si le système est terrestre alors il est soumis à l’action gravitationnelle de Terre (son poids)
  • vérifier si l’action de l’air peut négligée ou pas.
  • tout contact avec le système est associé à une action de contact

Remarque

Le bilan des actions peut prendre la forme d’un diagramme objet-actions

Diagramme objet action

  • Il permet de présenter sous forme d’un diagramme le bilan des actions subies par un objet pris pour système.Il peut être réalisé en suivant la méthode suivante:
  • identifier l’objet d’étude (le système).
  • faire un bilan des actions (voir paragraphe précédent)
  • inscrire le nom de l’objet d’étude au centre du diagramme dans un cadre rectangulaire ou ovale.
  • disposer autour le nom de tous les systèmes exerçant une action
  • ajouter une flèche allant de l’auteur de chaque action vers l’objet d’étude. Cette flèche est pleine pour les actions de contact et en pointillés pour les actions à distance.

Exemple

Une bouée flotte à la surface la mer et porte un enfant.

  • La formulation laisse supposée que l’objet d’étude est la bouée.
  • Cette bouée est un système terrestre, elle subit donc l’action gravitationnelle de la Terre.
  • L’action de l’air est négligeable
  • La bouée est en contact avec l’eau et l’enfant par conséquent chacun d’entre eux est l’auteur d’une force de contact

Le diagramme objet-action est donc le suivant:



Exemple de diagramme action-objet

Remarque

Il est parfois demandé de réaliser un diagramme objet-interaction, la méthode a suivre est toujours la même mais les flèches pointant vers l’objet d’étude sont remplacées par des doubles flèches.