Chapitre 6 – Forces et équilibre | 2nde Bac Pro | Physique-Chimie | ⏱ 30 min
Dernière mise à jour : 15 août 2026, 13:30
Sarah, coach sportif, accompagne ses adhérents en musculation. Pour éviter les blessures, elle étudie les forces qui s'exercent sur une charge (haltère, sac lesté) tenue à bout de bras. Elle veut comprendre pourquoi une charge tenue immobile reste « en équilibre » et ce que cela implique pour le corps.
À l'aide du Document 1, fais l'inventaire des forces qui s'exercent sur la charge tenue immobile. Pour chacune, indique quel objet l'exerce.
Deux forces s'exercent sur la charge :
• le poids \(\vec{P}\), exercé par la Terre, vers le bas ;
• la force des mains \(\vec{F}\), exercée par les mains de l'adhérent, vers le haut.
Calcule le poids \(P\) de la charge de masse \(m = 15\) kg, avec \(g = 9{,}81\) N/kg. Donne le résultat arrondi à l'unité.
\(P = m \times g = 15 \times 9{,}81 = 147{,}15 \approx \mathbf{147\ N}\).
Sur le schéma du Document 1, identifie la direction et le sens des deux forces. Que remarques-tu sur leur direction ?
Les deux forces sont verticales (même direction, même droite d'action). Le poids \(\vec{P}\) est dirigé vers le bas ; la force des mains \(\vec{F}\) est dirigée vers le haut. Elles sont donc de sens opposés.
La charge est immobile : elle est en équilibre. Rappelle la condition d'équilibre de deux forces, puis déduis-en la valeur de la force des mains \(F\).
Deux forces s'équilibrent si elles ont la même droite d'action, des sens opposés et la même valeur. Ici, c'est bien le cas (cf. Q3). On en déduit que la force des mains a la même valeur que le poids :
\(F = P = \mathbf{147\ N}\). C'est pour cela que les deux flèches du schéma ont la même longueur.
Un adhérent plus expérimenté soulève une charge de m = 25 kg. Calcule son poids \(P\) (arrondi à l'unité), puis donne la valeur de la force que ses mains doivent exercer pour la maintenir immobile.
\(P = 25 \times 9{,}81 = 245{,}25 \approx \mathbf{245\ N}\).
La charge étant immobile, la force des mains vaut aussi \(F = P \approx \mathbf{245\ N}\) (équilibre de deux forces).
Sarah rappelle qu'au-delà d'une charge recommandée, le port d'une charge devient dangereux pour le dos. Pourquoi, et quel geste conseille-t-elle pour soulever une charge lourde au sol ?
Plus la charge est lourde, plus son poids \(P\) est grand, donc plus la force que le corps doit exercer est importante. Une charge trop lourde, surtout mal portée, fatigue et peut blesser le dos (lombaires). Sarah conseille de fléchir les jambes (dos droit) pour soulever avec les cuisses plutôt qu'avec le dos, et de ne pas dépasser une charge adaptée à chacun.
Sur Terre, \(g\) vaut environ \(9{,}81\) N/kg quel que soit l'endroit (elle varie très peu). En t'appuyant sur la relation \(P = m \times g\), explique ce que cela implique pour le lien entre le poids et la masse d'une charge.
Comme \(g\) est quasiment constant sur Terre, le poids \(P\) est proportionnel à la masse \(m\) : si on double la masse, on double le poids. Par exemple, en passant de 15 kg à 25 kg, le poids passe de 147 N à 245 N. Le coefficient de proportionnalité est \(g \approx 9{,}81\) N/kg.
Rédige une courte note de prévention que Sarah pourrait afficher à la salle, rappelant ce qu'est le poids d'une charge et les bons gestes pour la porter sans se blesser.
Note de prévention — Porter une charge en sécurité
Toute charge subit son poids : \(P = m \times g\) (ex. 15 kg → ≈ 147 N).
Pour la tenir immobile, le corps doit exercer une force égale à ce poids, vers le haut.
• Choisis une charge adaptée à ton niveau.
• Pour soulever au sol : fléchis les jambes, garde le dos droit, charge près du corps.
• En cas de doute, demande conseil au coach.
Sur la Lune, l'intensité de la pesanteur vaut \(g_{\text{Lune}} \approx 1{,}6\) N/kg. Quel serait le poids de la charge de 15 kg sur la Lune ? La masse change-t-elle ?
\(P_{\text{Lune}} = 15 \times 1{,}6 = \mathbf{24\ N}\) (au lieu de 147 N sur Terre).
La masse ne change pas (toujours 15 kg) : c'est une propriété de l'objet. Seul le poids change selon l'endroit, car il dépend de \(g\).
Réponse à la problématique : sur une charge tenue immobile s'exercent deux forces : le poids \(\vec{P}\) (vers le bas) et la force des mains \(\vec{F}\) (vers le haut). La charge étant en équilibre, ces deux forces ont la même droite d'action, des sens opposés et la même valeur : la force des mains compense exactement le poids.
📚 Cette activité s'appuie sur la leçon Ch06 — Forces et équilibre.