Chapitre 9 – Modéliser une action : les forces

Thème 2 : Mouvement et interactions | Physique-Chimie | Seconde générale et technologique

Dernière mise à jour : 22 juin 2026, 17:00

Objectifs du chapitre :

Modéliser une action mécanique par une force (vecteur) et la représenter à l'échelle
Distinguer actions de contact et à distance ; comprendre les actions réciproques
Connaître la force de gravitation et le lien entre masse et attraction
Calculer le poids d'un objet : \(P=m\times g\) et distinguer masse et poids

Situation d'introduction

Pour soulever un carton, le pousser, ou simplement le poser sur une table, on exerce des actions dessus. La Terre, elle, l'attire vers le bas en permanence. Comment représenter ces actions de façon précise, et comment calculer la force avec laquelle la Terre nous « tire » : le poids ?

1. Action mécanique et force

Définition Une action mécanique peut mettre en mouvement, modifier le mouvement ou déformer un objet. On la modélise par une force, représentée par un vecteur \(\vec F\) défini par : un point d'application, une direction, un sens et une valeur (en newton, N, mesurée au dynamomètre).

Définition Les actions sont de contact (la main pousse, le sol soutient, un fil tire) ou à distance (gravitation, aimant, électricité). Dans les deux cas on les modélise par une force, c'est-à-dire un vecteur.

Méthode — représenter une force à l'échelle

Placer le point d'application (là où s'exerce l'action : un point de l'objet).
Tracer la direction et le sens (flèche) de l'action.
Choisir une échelle, par exemple 1 cm pour 10 N.
Donner au vecteur la longueur correspondant à la valeur (ex. \(F=30\) N → 3,0 cm).

Exemple travaillé. Une caisse est tirée horizontalement par un câble avec une force de valeur \(F=40\) N. Avec l'échelle 1 cm → 10 N, on trace une flèche horizontale, vers la droite (sens de traction), de longueur \(40\div10=4{,}0\) cm, dont l'origine est le point d'accroche du câble.

Mini-exercice 1. Classe ces actions en « contact » ou « à distance » : (a) la Terre attire la Lune ; (b) une raquette frappe une balle ; (c) un aimant attire un trombone.

(a) à distance (gravitation) ; (b) de contact ; (c) à distance (magnétique).

Mini-exercice 2. Avec l'échelle 1 cm → 5 N, quelle longueur de flèche représente une force de 25 N ?

\(25\div5=5{,}0\) cm.

2. Les actions réciproques

Principe des actions réciproques Une action est toujours réciproque : si un corps A exerce une force \(\vec F_{A/B}\) sur un corps B, alors B exerce sur A une force \(\vec F_{B/A}\) de même droite d'action, même valeur, mais de sens opposé.

\( \vec F_{A/B} = -\,\vec F_{B/A} \)

Exemple. Deux patineurs qui se poussent s'éloignent dans des sens opposés. La main qui pousse un mur subit en retour une force du mur sur la main, de même valeur. Quand on marche, le pied pousse le sol vers l'arrière, le sol pousse le pied vers l'avant : c'est cette réaction qui fait avancer.

Mini-exercice 3. Un aimant attire un clou avec une force de 0,8 N. Avec quelle force le clou attire-t-il l'aimant ?

0,8 N également, mais dans le sens opposé : les actions sont réciproques.

3. La force de gravitation

Définition Deux corps qui possèdent une masse s'attirent mutuellement : c'est la force de gravitation. Elle est d'autant plus grande que les masses sont grandes, et d'autant plus faible que la distance entre les corps est grande. C'est une action à distance, toujours attractive.

Propriété Sur Terre, c'est l'attraction gravitationnelle de la Terre sur un objet qui constitue l'essentiel de son poids : le poids est une conséquence directe de la gravitation.

Mini-exercice 4. Si la distance entre deux astres augmente, la force de gravitation entre eux augmente-t-elle ou diminue-t-elle ?

Elle diminue : la force de gravitation est plus faible quand la distance est plus grande.

4. Le poids

Définition Le poids \(\vec P\) est la force d'attraction exercée par la Terre sur un objet. Comme toute force, c'est un vecteur : point d'application au centre de l'objet, direction verticale, sens vers le bas, valeur en newtons (N).

Valeur du poids

\( P=m\times g \)

avec \(m\) la masse en kg, \(g\) l'intensité de pesanteur (en N/kg) et \(P\) le poids en N. Sur Terre \(g\approx9{,}81\) N/kg, souvent approché par \(g\approx10\) N/kg pour des calculs rapides (on le précisera alors).

Méthode — calculer un poids ou une masse

Repérer ce qui est connu et la valeur de \(g\) (le lieu : Terre, Lune…).
Vérifier les unités : la masse doit être en kg (g → kg en divisant par 1000).
Pour le poids : \(P=m\times g\). Pour la masse à partir du poids : \(m=\dfrac{P}{g}\).

Exemple travaillé. Pour \(m=2{,}0\) kg sur Terre (\(g\approx9{,}81\) N/kg) : \(P=2{,}0\times9{,}81=19{,}6\) N. Sur la Lune (\(g\approx1{,}6\) N/kg), le même objet pèse \(2{,}0\times1{,}6=3{,}2\) N, mais sa masse reste 2,0 kg : la masse ne change pas de lieu.

Erreurs fréquentes

❌ Confondre masse (kg) et poids (N) → ✅ la masse est invariable ; le poids dépend de \(g\) (donc du lieu).
❌ Oublier le caractère vectoriel d'une force → ✅ toujours préciser point d'application, direction, sens et valeur.
❌ Dire « le poids fait 5 kg » → ✅ un poids s'exprime en newtons ; 5 kg est une masse.
❌ Croire qu'une seule force agit (A pousse B sans retour) → ✅ toute action est réciproque (B pousse A).
❌ Tracer le poids sans tenir compte de l'échelle → ✅ la longueur de la flèche doit correspondre à la valeur.

Mini-exercice 5. Calcule le poids d'un sac de 5,0 kg sur Terre (\(g=9{,}81\) N/kg).

\(P=5{,}0\times9{,}81=49\) N.

Mini-exercice 6. Un objet pèse 78,5 N sur Terre (\(g=9{,}81\) N/kg). Quelle est sa masse ?

\(m=\dfrac{P}{g}=\dfrac{78{,}5}{9{,}81}=8{,}0\) kg.

5. Applications

Autour de nous.

Levage et BTP : une grue doit exercer une force au moins égale au poids \(P=m\times g\) de la charge pour la soulever.
Sport : un haltérophile soulève une barre dont le poids se calcule avec \(P=m\times g\) ; l'effort en newtons, pas en kilos.
Espace : sur la Lune, \(g\) est environ 6 fois plus faible — un astronaute y « pèse » 6 fois moins, mais sa masse est inchangée.
Magnétisme : les aimants d'une porte de meuble exercent une action à distance qui maintient la porte fermée.

À retenir

Une force : point d'application, direction, sens, valeur (N) ; elle se trace à l'échelle.
Actions de contact / à distance ; toute action est réciproque (\( \vec F_{A/B}=-\vec F_{B/A} \)).
Gravitation : deux masses s'attirent, d'autant plus fort qu'elles sont grandes et proches.
Poids : \(P=m\times g\) (\(g\approx9{,}81\) N/kg sur Terre, vertical vers le bas). Masse (kg) ≠ poids (N).