Composition et décomposition de forces

Première année. 2008-2009
samedi 28 février 2009
par  Catherine Dang, Diana dos Santos
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Rapport sur le cours du 16 février 2009

Sujet : expérience "compostion et décomposition de forces"

Compostion et décomposition de forces

- But :
Apprendre à manipuler un dynamomètre, tout en vérifiant expérimentalement le bien-fondé de la technique de composition et de décomposition de forces, étudié en classe.

- Matériel :
• une grande feuille
• du fil
• trois dynamomètres
• du scotch
• une règle
• une équerre

Composition de forces

- Marche à suivre :
Tout d’abord, nous devons fixer à l’aide de quelques bouts de scotch la feuille sur la table, afin qu’elle ne bouge pas lors de notre expérience.
Ensuite, nous coupons trois fils de longueur moyenne et les accrochons aux trois dynamomètres, sur lesquelles nous réglons le zéro en position horizontale.
On tire alors sur les extrémités des trois dynamomètres dans des directions de notre choix, en les maintenant dans une position fixe. Au centre de cette intersection, nous tracons la position du point P. Nous tracons alors grâce à une règle les directions de chaque ficelle, puis prenons note de la valeur indiquée sur chaque dynamomètre.
Il faut donc choisir une échelle, par rapport à ces valeurs, et les représenter par des forces qui s’exercent sur le point P.

• Voici nos résultats :

Échelle : 0.1 = 1 cm.

ForcesValeursValeurs en cm.
1ère Force 1.0 10
2ème Force 0.8 8
3ème Force 1.0 10

Nous devons ensuite construire la résultante de deux des forces puis les comparer à la troisième force. Nous utilisons donc la règle du parrallèlogramme, qui consiste à tracer un parrallèlogramme à l’aide d’une règle et d’une équerre. Il nous faut, avant de l’appliquer, faire coïncider les origines des deux forces, c’est-à-dire, déplacer parrallèlement une des droites (ici, la troisième force). On obtient la résultante de ces deux forces, en reliant l’origine de la troisième au point d’intersection P.
Nous constatons alors que la résultante des deux forces, a la même longueur que la troisième force (donc, 10 cm.).

Normalement, en théorie, le résultante de toutes les forces qui s’exercent sur un même point, doit être nulle. Malheureusement, nous avons fait quelques petites erreurs d’application (erreur : 10 %) et ne trouvons donc pas le même résultat, sauf pour la première force.

Ensuite, nous construisons le résultante de toutes les forces qui s’exercent sur le point P, en utilisant la même règle, et constatons aussi qu’en théorie, la résultante des forces qui s’exercent sur un point immobile (ici, le point P), doivent aussi être nulle.

Décomposition d’une force

- Marche à suivre :
Pour cette deuxième partie de l’expérience, il faut cette-fois-ci décomposer une force. Nous reprenons les mêmes étapes que la première : nous fixons à l’aide de quelques bouts de scotch la feuille sur la table, coupons trois fils de longueur moyenne et les accrochons aux trois dynamomètres, sur lesquels nous réglons le zéro en position horizontale.
On tire alors sur les extrémités des trois dynamomètres dans des directions différentes, en les maintenant dans une position fixe. Au centre de cette intersection, nous tracons la position du point P comme tout à l’heure. Nous tracons alors grâce à une règle les directions de chaque ficelle, puis prenons note de la valeur indiquée sur chaque dynamomètre.
Il faut donc plus que choisir une échelle, par rapport à ces valeurs, et les représenter par des forces qui s’exercent sur le point P.

• Voici nos résultats :

Échelle : 0.1 = 1 cm.

ForcesValeursValeurs en cm.
1ère Force 1.0 10
2ème Force 1.0 10
3ème Force 0.7 7

Avant tout, il faut savoir qu’une force peut toujours être décomposée dans un système d’axe Oxy.

Tout d’abord, nous devons choisir l’une des trois forces et construire ses composantes dans la direction de chacune des deux autres forces.
Pour cela, nous devons d’abord choisir l’origine du système d’axe pour pouvoir dessiner deux axes perpendiculaires entre eux (O) , à l’aide de la règle et de l’équerre, en utilisant deux flèches qui donnent leur direction.
On trace alors des parrallèles à Ox et Oy qui passent par l’extrêmité de la flèche.
Ces parrallèles coupent les axes. En reliant l’origine O à chacun des points d’intersection, on obtient les composantes.
Il nous suffit juste ensuite de lire des valeurs qui correspondent aux points d’intersection.

• Voici nos résultats :

Composante de la 3ème force : (10.3 ; 10.6)

Nous avons tout de même comparé ces deux composantes aux deux autres forces, et constatons qu’en théorie, elles doivent avoir une même grandeur, une même direction.
Mais comme pour la situation précédente, nous avons fait quelques erreurs et ne trouvons donc pas tout à fait les mêmes résultats.

Conclusion

Lors de cette expérience, nous avons pu exercer les sujets vus durant ces derniers cours. Notamment construire la résultante de deux forces, décomposer une force, etc.
Ce travail a été très intéressant, car il nous a permis de constater plusieurs choses tel que : lorsqu’ on compare les composantes aux deux autres forces elles doivent avoir en théorie la même grandeur.
En résumé, c’est un travail sympathique à réaliser, mais qui demande toutefois un minimum de concentration sur le point technique.

Nos remerciements à M. Vuilleumier pour l’aide accordée durant l’expérience.


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