11H – MEP – Forces de frottements

Posté le 09.08.2017 |


Objectifs :

  • Connaître le vocabulaire
  • Connaître la définition d’un vecteur (point d’application, direction, sens et norme)
  • Savoir représenter des forces à l’aide de vecteurs
  • Savoir additionner géométriquement des forces
  • Comprendre et savoir expliquer les trois lois de Newton
  • Reconnaître et prévoir la notion d’équilibre d’un point soumis à des forces concourantes
  • Connaître les caractéristiques des forces de pesanteur, d’un ressort, de tension, de soutien et de frottement
  • Dans les cas d’équilibre, savoir décomposer des forces et déterminer des intensités :
    • à l’aide de schémas à l’échelle
    • à l’aide de la trigonométrie (forces perpendiculaires ou isométriques uniquement)
  • Comprendre la différence entre masse et force de pesanteur
  • Savoir calculer l’intensité de la force de pesanteur
  • Savoir calculer l’intensité de la force de rappel d’un ressort

Théorie :

Le frottement est une force qui s’oppose au mouvement relatif des deux corps. Le frottement sec, entre deux surfaces non lubrifiées, est un phénomène complexe pour lequel il n’existe pas de théorie fondamentale. L’expérience permet d’établir certains faits concernant ce phénomène.

  1. La force de frottement est proportionnelle à la force qui presse les deux surfaces l’une contre l’autre.
  2. La force de contact est indépendante de l’aire apparente de contact.
  3. La force de frottement cinétique est indépendante de la vitesse relative des deux surfaces.

Lorsque les surfaces sont immobiles l’une par rapport à l’autre c’est la force de frottement statique  Fs qui intervient. En appliquant une force sur un bloc au repos la force de frottement statique (avant le mouvement) ajuste sa valeur pour égaler la force qui tend à mettre l’objet en mouvement.La force de frottement statique possède une valeur maximale

F_{S max}=\mu_{S}\times S

avec

  • F_{S max} : intensité de la force de frottement statique maximale en [N]
  • \mu_{S} : coefficient de frottement statique (il dépend de la nature des surfaces)
  • S : intensité de la force de soutien du sol en [N]

Lorsque les surfaces glissent l’une sur l’autre c’est la force de frottement cinétique FC qui intervient. Cette force a une valeur constante

F_{C}=\mu_{C}\times S

avec

  • F_{C} : intensité de la force de frottement cinétique en [N]
  • \mu_{C} : coefficient de frottement cinétique (il dépend de la nature des surfaces)
  • S : intensité de la force de soutien du sol en [N]

en général \mu_{C}<\mu_{S}<1 : coefficient de frottement cinétique

La figure ci-dessus montre un bloc de masse m glissant à vitesse constante sur un plan incliné. Trois forces agissent alors sur ce bloc; sa pesanteur mg, la force de soutien du plan incliné S et la force de frottement Fc. La force de frottement ainsi que la force de soutien dépendent de l’angle d’inclinaison α du plan. Comme le système est à l’équilibre, la résultante des forces agissant sur l’objet est nulle. On a donc :

  • F_{C}=m\times g\times sin(\alpha)
  • S=m\times g\times cos(\alpha)

En résumé, la grandeur de la force de frottement varie approximativement de la façon suivante en fonction de la force appliquée

  • Lorsque l’objet est au repos, la force de frottement compense la force qui tend à faire bouger l’objet jusqu’à la valeur maximale FS max
  • Lorsque l’objet est en mouvement, il est soumis à la force de frottement cinétique FC

Exercices distribués en classe :

Exercices supplémentaires :

Test :