Mécanique — forces, pression, énergie en 3ème
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de mécanique — forces, pression, énergie pour les élèves de 3ème. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Référentiel et caractérisation d'un mouvement
- Vitesse moyenne ; mouvements rectiligne uniforme, accéléré, ralenti
- Action mécanique et force (caractéristiques : direction, sens, valeur)
- Représentation d'une force par un vecteur
- Interactions de contact et à distance
- Interaction gravitationnelle, poids et masse
- Relation P = m × g
- Gravitation universelle ; système solaire
Conditions d'équilibre d'un solide
Un solide est en équilibre quand il ne bouge pas et ne tourne pas. Cela se produit quand toutes les forces qui agissent sur lui se compensent exactement.
Exemple
Une chaise immobile sur le sol : le poids vers le bas est compensé par la force du sol vers le haut. La chaise ne bouge pas.
À retenir : Un solide est en équilibre si la somme de toutes les forces est nulle et si les moments des forces se compensent.
Les leviers et machines simples
Un levier est une barre rigide qui tourne autour d'un point fixe appelé pivot. Il permet de soulever une charge lourde avec une petite force en l'appliquant loin du pivot.
Exemple
Un pied-de-biche pour enlever un clou : plus tu l'éloignes du pivot, moins tu dois forcer. Un tournevis est aussi un levier.
À retenir : Plus la force est loin du pivot, moins il faut de force pour soulever la charge : c'est l'avantage mécanique.
Énergie cinétique du mouvement
L'énergie cinétique est l'énergie que possède un objet parce qu'il se déplace. Plus il va vite, plus son énergie cinétique est grande.
Exemple
Une balle de tennis qui roule lentement a peu d'énergie cinétique. La même balle lancée à 100 km/h a beaucoup d'énergie cinétique.
À retenir : L'énergie cinétique se calcule avec la formule $E_c = \frac{1}{2}mv^2$ où m est la masse et v la vitesse.
Énergie potentielle de pesanteur
L'énergie potentielle de pesanteur est l'énergie qu'un objet possède parce qu'il est en hauteur. Plus il est haut, plus il en a.
Exemple
Un livre sur une étagère haute a plus d'énergie potentielle que le même livre sur une table basse. S'il tombe, il libère cette énergie.
À retenir : L'énergie potentielle de pesanteur se calcule avec $E_p = mgh$ où m est la masse, g = 10 N/kg et h la hauteur.
Conservation de l'énergie mécanique
L'énergie mécanique totale (cinétique + potentielle) d'un objet reste constante quand il n'y a pas de frottement. Elle se transforme d'une forme à l'autre.
Exemple
Un skateur en haut d'une rampe a beaucoup d'énergie potentielle et peu d'énergie cinétique. En bas, c'est l'inverse : il va vite mais est bas. L'énergie totale reste la même.
À retenir : $E_{mécanique} = E_c + E_p = constante$ (sans frottement)
Vitesse et accélération
La vitesse mesure la distance parcourue par unité de temps. L'accélération mesure la variation de vitesse : c'est à quelle vitesse la vitesse change.
Exemple
Une voiture qui passe de 0 à 100 km/h en 10 secondes accélère. Un cycliste qui maintient 20 km/h n'accélère pas (vitesse constante).
À retenir : L'accélération se calcule avec $a = \frac{\Delta v}{\Delta t}$ où $\Delta v$ est la variation de vitesse et $\Delta t$ le temps écoulé.
Les points clés
- L'équilibre d'un solide demande que toutes les forces se compensent
- Un levier multiplie la force : plus loin du pivot = moins de force nécessaire
- L'énergie cinétique dépend de la masse ET du carré de la vitesse
- L'énergie potentielle augmente avec la hauteur
- L'énergie mécanique se conserve : elle change de forme mais le total reste constant
- La vitesse est la distance par unité de temps, l'accélération est le changement de vitesse
L'essentiel
L'énergie mécanique se transforme entre forme potentielle (hauteur) et forme cinétique (mouvement) mais reste constante sans frottement.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Un livre de masse 0,5 kg repose sur une table horizontale. Quelle est la force exercée par la Terre sur le livre (poids) ? Quelle est la force exercée par la table sur le livre (force normale) ? Expliquez pourquoi le livre est en équilibre.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Un enfant utilise une brouette pour transporter du sable. La brouette peut être considérée comme un levier. Expliquez comment la brouette permet de déplacer une charge plus facilement.
Corrige cet exercice avec le tuteur →