Objectifs du chapitre
Ce que tu vas savoir faire
- Délimiter un système et distinguer contact et action à distance.
- Décrire et représenter une force avec les caractéristiques nécessaires.
- Distinguer kilogramme et newton, masse et poids.
- Utiliser P = mg avec une valeur de g fournie.
- Exploiter une expression fournie de la gravitation et sa dépendance à la distance.
- Analyser un équilibre simple sans confondre les objets qui reçoivent les forces.
Un livre immobile sur une table ne subit-il aucune force ? Son poids agit vers le bas et la table agit vers le haut. Dans le modèle simple de l'équilibre, ces effets se compensent sur le livre. Immobile ne signifie donc pas sans interaction.
Étape 1
Choisir le système et ses partenaires
Avant de dresser une liste de forces, choisis le système étudié : livre, balle ou personne, par exemple. Cherche ensuite les objets qui agissent sur lui. Un contact peut exister avec une table, un fil ou l'air ; une action à distance peut provenir de la Terre, d'un aimant ou d'une charge électrique. La liste dépend du système et des effets retenus. Si tu étudies le livre, la force exercée par le livre sur la table n'est pas une force reçue par le livre.
Une interaction est réciproque : deux objets agissent l'un sur l'autre. Le diagramme objet-interactions indique les partenaires et la nature du lien ; il ne donne pas nécessairement les valeurs des forces. Pour une balle tenue par une main, on retient notamment main-balle par contact et Terre-balle à distance. On peut négliger l'action de l'air dans un modèle simple, mais il faut le dire : négligée ne veut pas dire inexistante.
Le modèle doit rester adapté à la question. Une bille qui tombe très lentement dans un liquide n'est pas décrite aussi fidèlement qu'une chute pour laquelle on néglige la résistance de l'air. Pour justifier une simplification, précise les conditions et ses limites. Une liste de partenaires copiée du cours ne remplace pas l'analyse de la situation ; un nouvel objet ou un nouveau contact peut changer le bilan.
À retenir. Dresse le bilan des actions reçues par le système choisi, pas de toutes les forces sur tous les objets.
Étape 2
Direction, sens, valeur et point d'application
Une force se mesure en newtons, symbole N. Sa direction est la droite suivant laquelle elle agit ; son sens choisit l'une des deux orientations sur cette droite. Verticale est une direction, vers le bas un sens. Sa valeur est un nombre positif accompagné de l'unité. Le point d'application indique où l'action est représentée dans le modèle. Une flèche doit donc avoir une origine pertinente, une orientation, une longueur liée à une échelle et une légende.
Avec l'échelle 1 cm pour 5 N, une force de 15 N est représentée par une flèche de 3 cm sur le dessin papier. Si la valeur est 10 N, la longueur est 2 cm. L'échelle du dessin ne transforme pas le centimètre en une unité de force : la longueur code une valeur en newtons. Un écran redimensionne l'image, donc on ne mesure pas la valeur en plaçant une règle contre le schéma numérique sans connaître son échelle d'affichage.
Il faut aussi préciser l'auteur et le receveur : force de la table sur le livre, et non « la force » sans partenaire. Deux flèches opposées peuvent représenter des actions sur un même système ou sur deux systèmes différents ; elles n'ont pas la même fonction dans un bilan. La direction et le sens ne doivent pas être remplacés par une phrase vague comme « la force va vers l'objet ». Lis la situation avant de dessiner.
Exemple résolu · Pas à pas
Construire une représentation sur papier
Une force exercée par un fil sur une masse a une valeur de 12 N, verticale vers le haut. Échelle fournie : 1 cm pour 4 N.
- L'objet étudié est la masse ; l'auteur de l'action est le fil.
- La direction est verticale et le sens vers le haut ; l'origine est le point d'attache dans ce modèle.
- La longueur est 12/4 = 3 cm, avec une légende indiquant 12 N.
La flèche de 3 cm représente 12 N ; ce ne sont pas deux valeurs de la même grandeur.
À retenir. Une flèche lisible associe auteur, receveur, point, direction, sens, valeur et échelle.
Étape 3
Masse et poids ne répondent pas à la même question
La masse caractérise la quantité de matière de l'objet dans le modèle étudié ; on la mesure avec une balance et on l'exprime en kg. Le poids est la force de pesanteur exercée sur cet objet ; un dynamomètre en mesure une valeur en N. Dans le langage courant, « peser 40 kg » désigne souvent une masse. En physique, employer la bonne grandeur évite de confondre le nombre affiché en kilogrammes avec une force.
La relation est , avec P en N, m en kg et g en N/kg. La valeur de g est fournie ou choisie dans l'énoncé ; autour de la surface terrestre, elle est proche de 9,8 N/kg, parfois arrondie à 10 N/kg pour un exercice. Le poids est dirigé vers le centre de la Terre dans le modèle usuel, ce qui correspond localement à la verticale vers le bas. Son point d'application est représenté au centre de gravité de l'objet.
Pour une masse de 2 kg avec g = 10 N/kg, P vaut 20 N. Le même objet placé sur la Lune garde sa masse de 2 kg ; avec la valeur arrondie fournie 1,6 N/kg, son poids vaut 3,2 N. Une faible pesanteur ne signifie pas absence de matière. La valeur de g dépend du lieu, et la relation ne permet pas de multiplier directement 200 g par un g exprimé en N/kg sans conversion.
À retenir. Masse en kg, poids en N, g en N/kg ; commence toujours par rendre les unités compatibles.
Étape 4
Gravitation : lire une loi fournie
La gravitation est une interaction attractive entre objets possédant une masse. Elle ne nécessite pas de contact. Dans le modèle de deux objets sphériques ou assimilés à des points, l'expression fournie est . Les masses sont en kg, d est la distance entre les centres en m et G vaut environ 6,67 × 10^−11 dans les unités adaptées. Le programme demande d'exploiter la loi fournie ; ce chapitre ne prétend pas la démontrer à partir d'une mesure scolaire.
La force agit suivant la droite reliant les centres, vers l'autre objet. Si une masse double et que l'autre masse et la distance restent constantes, la valeur double. Si la distance double à masses constantes, le dénominateur est multiplié par quatre et la force est divisée par quatre. Il ne faut pas conclure qu'elle est divisée par deux : le carré exprime une relation différente d'une simple proportionnalité inverse.
La distance d n'est pas automatiquement l'altitude ou l'écart entre les surfaces. Pour un objet au-dessus d'une planète sphérique, elle comprend le rayon de la planète plus l'altitude, dans le modèle donné. Le poids près de la surface est relié à cette attraction, avec une valeur locale de g. Une personne en orbite peut paraître en apesanteur sans que la gravitation soit nulle : l'objet et le véhicule sont en chute ensemble. L'impression de flottement ne suffit pas à effacer l'interaction.
À retenir. La loi fournie utilise masses en kg et distance entre les centres en m ; doubler cette distance divise F par quatre.
Étape 5
Un équilibre simple : deux actions sur le même objet
Pour un livre immobile sur une table horizontale, le modèle principal retient le poids de la Terre sur le livre et l'action de la table sur le livre. Dans cet équilibre simple à deux forces, les actions ont la même direction, des sens opposés et des valeurs égales. Il serait faux d'en déduire qu'elles n'existent pas : le dynamomètre ou les déformations du support peuvent contribuer à montrer leurs effets dans une étude encadrée.
Attention à ne pas choisir la mauvaise paire. La force du livre sur la table et celle de la table sur le livre concernent deux systèmes différents ; elles ne se compensent pas dans le bilan du seul livre. Le bilan de l'équilibre utilise les deux forces reçues par le livre. Une égalité de nombres ne suffit pas non plus si les directions ou les sens sont inadaptés. Le raisonnement doit porter sur les objets, puis sur les caractéristiques des forces.
Une force peut modifier la valeur ou la direction d'une vitesse, ou déformer un objet ; la présence de plusieurs forces n'impose pas toujours un mouvement nouveau. Le chapitre traite des situations simples et ne demande pas une loi d'accélération ou un bilan de rotation de lycée. Si un objet est posé sur un plan incliné, suspendu par plusieurs fils ou soumis à des frottements, il faut un modèle adapté plutôt que réutiliser sans examen les deux flèches verticales de ce schéma.
Schéma original Maxdecours ; valeur fictive de 15 N pour chaque force, modèle à deux effets principaux.
Agrandir l’imageNomme auteur et receveur de chaque action. Explique pourquoi l'immobilité ne signifie pas absence de forces.
À retenir. Des forces peuvent se compenser sur un système ; les actions réciproques sur deux objets ne sont pas cette même paire.
L’essentiel à retrouver
Ta fiche de révision
- Commence par le système et les actions qu'il reçoit ; distingue contact et distance.
- Une force s'exprime en N et se décrit avec direction, sens, valeur et point d'application.
- P = mg : masse en kg et g en N/kg. Un changement de lieu peut changer le poids sans changer la masse.
- Une gravitation attractive agit entre les centres ; dans la loi fournie, la distance intervient au carré.
- Un équilibre à deux forces demande même direction, sens opposés et valeurs égales sur le même système.
- Des données et un schéma n'attestent pas une mesure ou une manipulation réellement effectuée.
Des erreurs à comprendre
Un objet immobile ne subit aucune force.
Des effets peuvent se compenser ; identifie les interactions avant de conclure.
Vers le haut est une direction.
Verticale est la direction ; vers le haut est le sens.
Je calcule le poids avec une masse en g et g en N/kg.
Convertis d'abord la masse en kg.
La masse devient six fois plus petite sur la Lune.
La masse reste celle du même objet ; son poids change avec g.
Doubler la distance divise la gravitation par deux.
La distance est au carré : à masses constantes, la force est divisée par quatre.
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Sources et repères
Édition Maxdecours · Année scolaire 2026-2027 · Vérification documentaire : 2026-10-03.
Programme du cycle des approfondissements, BO n° 31 du 30 juillet 2020 · Ministère de l'Éducation nationale · Physique-chimie, p. 100-101 PDF : interactions de contact et à distance, caractéristiques des forces, poids et masse, loi de gravitation fournie, équilibre simple et repères de progressivité. Sections relues en ligne le 3 octobre 2026 ; annualisation proposée en troisième.
Enseigner au cycle 4 : programmes à la rentrée 2026-2027 · Éduscol, DGESCO · Programme applicable à la troisième en 2026-2027.
Mesures au dynamomètre, équilibre de montages et expériences se réalisent avec le matériel et le protocole fixés par ton professeur. N'organise pas de chute depuis une hauteur ni de traction dangereuse pour l'exercice. Les calculs et schémas numériques ne valident pas une manipulation réelle.