Définition de la force en physique

La force est une description quantitative d’une interaction qui provoque un changement dans le mouvement d’un objet. Un objet peut accélérer, ralentir ou changer de direction en réponse à une force. En d’autres termes, la force est toute action qui tend à maintenir ou à modifier le mouvement d’un corps ou à le déformer. Les objets sont poussés ou tirés par les forces qui agissent sur eux.

La force de contact est définie comme la force exercée lorsque deux objets physiques entrent en contact direct l’un avec l’autre. D’autres forces, telles que la gravitation et les forces électromagnétiques, peuvent s’exercer même à travers le vide de l’espace.

Key Takeaways : Termes clés

• Force : Description d’une interaction qui provoque un changement dans le mouvement d’un objet. Elle peut également être représentée par le symbole F.
• Le Newton : L’unité de force au sein du système international d’unités (SI). Elle peut également être représentée par le symbole N.
• Forces de contact : Forces qui s’exercent lorsque des objets se touchent. Les forces de contact peuvent être classées selon six types : tension, ressort, réaction normale, frottement, frottement aérien et poids.
• Forces sans contact : Forces qui s’exercent lorsque deux objets ne se touchent pas. Ces forces peuvent être classées selon trois types : gravitationnelles, électriques et magnétiques.

Unités de force

La force est un vecteur ; elle a à la fois une direction et une magnitude. L’unité SI de la force est le newton (N). Un newton de force est égal à 1 kg * m/s2 (où le symbole « * » représente les « temps »).

La force est proportionnelle à l’accélération, qui est définie comme le taux de variation de la vitesse. En termes de calcul, la force est la dérivée de l’impulsion par rapport au temps.

Force de contact et force de non-contact

Il existe deux types de forces dans l’univers : le contact et le non contact. Les forces de contact, comme leur nom l’indique, se produisent lorsque des objets se touchent, comme un coup de pied dans un ballon : Un objet (votre pied) touche l’autre objet (le ballon). Les forces de non-contact sont celles où les objets ne se touchent pas.

Les forces de contact peuvent être classées selon six types différents :

• Tensionnel : comme une corde tendue
• Le printemps : comme la force exercée lorsque vous comprimez deux extrémités d’un ressort
• Réaction normale : où un corps réagit à une force exercée sur lui, comme une balle rebondissant sur un toit noir
• Friction : la force exercée lorsqu’un objet se déplace sur un autre, comme une boule qui roule sur un tableau noir
• Le frottement de l’air : le frottement qui se produit lorsqu’un objet, comme une balle, se déplace dans l’air
• Poids : où un corps est tiré vers le centre de la Terre en raison de la gravité

Les forces sans contact peuvent être classées selon trois types :

• Gravitationnel : qui est due à l’attraction gravitationnelle entre deux corps
• Électrique : qui est due aux charges électriques présentes dans deux corps
• Magnétique : qui se produit en raison des propriétés magnétiques de deux corps, comme les pôles opposés de deux aimants attirés l’un vers l’autre

La force et les lois de Newton

Le concept de force a été défini à l’origine par Sir Isaac Newton dans ses trois lois du mouvement. Il a expliqué la gravité comme une force d’attraction entre les corps qui possèdent une masse. Cependant, dans la relativité générale d’Einstein, la gravité n’exige pas de force.

La première loi de Newton dit qu’un objet continuera à se déplacer à une vitesse constante à moins qu’il ne soit soumis à une force extérieure. Les objets en mouvement restent en mouvement jusqu’à ce qu’une force agisse sur eux. C’est ce qu’on appelle l’inertie. Ils n’accélèrent pas, ne ralentissent pas ou ne changent pas de direction jusqu’à ce que quelque chose agisse sur eux. Par exemple, si vous faites glisser un palet de hockey, il finira par s’arrêter à cause de la friction sur la glace.

La deuxième loi de Newton dit que la force est directement proportionnelle à l’accélération (le taux de changement d’élan) pour une masse constante. En revanche, l’accélération est inversement proportionnelle à la masse. Par exemple, lorsque vous lancez une balle au sol, elle exerce une force vers le bas ; le sol, en réponse, exerce une force vers le haut qui fait rebondir la balle. Cette loi est utile pour mesurer les forces. Si vous connaissez deux des facteurs, vous pouvez calculer le troisième. Vous savez également que si un objet accélère, une force doit agir sur lui.

La troisième loi de Newton concerne les interactions entre deux objets. Il indique que pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée. Lorsqu’une force est appliquée à un objet, elle a le même effet sur l’objet qui a produit la force, mais dans la direction opposée. Par exemple, si vous sautez d’un petit bateau dans l’eau, la force que vous utilisez pour sauter en avant dans l’eau poussera également le bateau en arrière. Les forces d’action et de réaction se produisent en même temps.

Forces fondamentales

Il existe quatre forces fondamentales qui régissent les interactions des systèmes physiques. Les scientifiques continuent à poursuivre une théorie unifiée de ces forces :

1. La gravitation : la force qui agit entre les masses. Toutes les particules subissent la force de gravité. Si vous tenez une balle en l’air, par exemple, la masse de la Terre permet à la balle de tomber sous l’effet de la force de gravité. Ou si un bébé oiseau sort de son nid en rampant, la gravité de la Terre le tire vers le sol. Bien que le graviton ait été proposé comme particule médiatrice de la gravité, il n’a pas encore été observé.

2. Électromagnétique : la force qui agit entre les charges électriques. La particule médiatrice est le photon. Par exemple, un haut-parleur utilise la force électromagnétique pour propager le son, et le système de verrouillage des portes d’une banque utilise les forces électromagnétiques pour aider à fermer les portes des coffres-forts de manière étanche. Les circuits d’alimentation des instruments médicaux tels que l’imagerie par résonance magnétique utilisent les forces électromagnétiques, tout comme les systèmes de transit rapide magnétique au Japon et en Chine, appelés « maglev » pour lévitation magnétique.

3. Nucléaire fort : la force qui maintient le noyau de l’atome ensemble, grâce aux gluons qui agissent sur les quarks, les antiquarks et les gluons eux-mêmes. (Un gluon est une particule messagère qui lie les quarks aux protons et aux neutrons. Les quarks sont des particules fondamentales qui se combinent pour former des protons et des neutrons, tandis que les antiquarks sont identiques aux quarks en masse mais opposés en termes de propriétés électriques et magnétiques).

4. Nucléaire faible : la force qui est médiée par l’échange de bosons W et Z et qui se manifeste par la désintégration bêta des neutrons dans le noyau. (Un boson est un type de particule qui obéit aux règles de la statistique Bose-Einstein). À très haute température, la force faible et la force électromagnétique sont indiscernables.