Mécanique : forces et mouvements en 1ère
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de mécanique : forces et mouvements pour les élèves de 1ère. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Forces et principe d'inertie
- Poids et masse : différence
- Équilibre d'un solide soumis à plusieurs forces
- Mouvements rectiligne uniforme et uniformément varié
- Applications professionnelles (levage, stabilité)
Forces et principe d'inertie
Une force est une action qui peut modifier le mouvement ou la forme d'un objet. Le principe d'inertie énonce que sans force, un objet en mouvement continue à la même vitesse, et un objet immobile reste immobile.
Exemple
Quand tu freines brutalement en voiture, les passagers sont projetés vers l'avant car leur corps veut continuer à avancer (inertie). La ceinture de sécurité exerce une force pour les arrêter.
À retenir : Un objet ne change de mouvement que si une force s'exerce sur lui.
Différence entre poids et masse
La masse est la quantité de matière d'un objet, elle ne change jamais. Le poids est la force d'attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur cet objet, il dépend du lieu.
Exemple
Un astronaute de 80 kg sur Terre pèse 800 N, mais sur la Lune il pèse seulement 130 N car la gravité y est plus faible. Sa masse reste 80 kg partout.
À retenir : Poids = masse × gravité, soit $P = m \times g$ où $g \approx 10 \text{ N/kg}$ sur Terre.
Équilibre d'un solide soumis à plusieurs forces
Un solide est en équilibre quand la somme de toutes les forces qui s'exercent sur lui est nulle. Cela signifie que les forces se compensent exactement.
Exemple
Un tableau accroché au mur : la tension du fil vers le haut équilibre exactement le poids du tableau vers le bas. Le tableau ne bouge pas.
À retenir : À l'équilibre : $\sum \vec{F} = \vec{0}$ (la somme vectorielle des forces est nulle).
Mouvement rectiligne uniforme
Un mouvement rectiligne uniforme (MRU) est un mouvement en ligne droite à vitesse constante. La distance parcourue augmente régulièrement avec le temps.
Exemple
Une voiture qui roule à 90 km/h sur une autoroute droite sans accélérer ni freiner. Elle parcourt 90 km chaque heure.
À retenir : En MRU, la vitesse est constante : $v = \frac{d}{t}$ et l'accélération est nulle.
Mouvement rectiligne uniformément varié
Un mouvement rectiligne uniformément varié (MRUV) est un mouvement en ligne droite où la vitesse change régulièrement. L'accélération est constante.
Exemple
Une voiture qui démarre du feu rouge et accélère progressivement. Ou une balle qu'on lance vers le haut : elle ralentit régulièrement jusqu'à s'arrêter.
À retenir : En MRUV, l'accélération est constante : $v = v_0 + at$ et $d = v_0 t + \frac{1}{2}at^2$.
Applications professionnelles : levage et stabilité
En levage, on utilise des forces pour soulever des charges. La stabilité d'un objet dépend de son centre de gravité et de sa base d'appui. Plus la base est large et le centre de gravité bas, plus l'objet est stable.
Exemple
Un grutier doit connaître le poids exact de la charge pour ne pas surcharger le câble. Une échelle large est plus stable qu'une échelle étroite car son centre de gravité est plus bas par rapport à sa base.
À retenir : Pour lever une charge en toute sécurité, la force exercée doit être au moins égale au poids : $F \geq P = mg$.
Les points clés
- La force est l'action qui modifie le mouvement ; sans force, un objet continue son état de mouvement (inertie).
- La masse ne change jamais, le poids dépend de la gravité du lieu : $P = mg$.
- Un objet est en équilibre quand la somme des forces est nulle : $\sum \vec{F} = \vec{0}$.
- En MRU, la vitesse est constante et l'accélération est nulle.
- En MRUV, l'accélération est constante et la vitesse change régulièrement.
- La stabilité d'un objet dépend de la position de son centre de gravité et de la largeur de sa base d'appui.
L'essentiel
Les forces gouvernent tous les mouvements : sans force, rien ne change ; avec une force, un objet accélère ou ralentit selon la deuxième loi de Newton.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Un ouvrier soulève une caisse de 50 kg. Calcule le poids de la caisse sur Terre (g = 10 N/kg). Quelle force minimale doit-il exercer pour la soulever ?
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Une voiture accélère régulièrement de 0 à 25 m/s en 5 secondes sur une route droite. Calcule son accélération et la distance parcourue.
Corrige cet exercice avec le tuteur →