Physique-Chimie · 3ème année collège
L'équilibre d'un corps solide
Immobile ne veut pas dire sans force : les forces se compensent, voilà tout.
01 L'équilibre sous deux forces
Définition
Un corps est en équilibre s'il reste au repos par rapport au référentiel choisi. Cela ne signifie pas qu'aucune force ne s'exerce sur lui, mais que leurs effets se compensent.
Conditions d'équilibre sous deux forces
Les deux forces doivent avoir :
- la même droite d'action — elles sont portées par la même droite ;
- des sens opposés ;
- la même intensité.
Exemple — une lampe suspendue
Deux forces s'exercent : le poids, vertical vers le bas, et la tension du fil, verticale vers le haut. La lampe étant immobile, ces deux forces ont la même intensité. Une lampe de 2 kg a un poids d'environ 20 N : le fil exerce donc une tension de 20 N.
Équilibre ne veut pas dire absence de force. Un livre posé sur une table subit son poids et la réaction de la table. Les deux existent bel et bien ; c'est leur compensation qui maintient l'immobilité.
02 L'équilibre sous trois forces
Conditions
Pour trois forces non parallèles, l'équilibre exige que :
- leurs droites d'action soient concourantes — elles se coupent en un même point ;
- leur somme vectorielle soit nulle : mises bout à bout, les trois flèches forment un triangle fermé.
La méthode graphique est la plus sûre : on choisit une échelle, on trace la première force, puis la deuxième à partir de sa pointe, et la troisième doit ramener exactement au point de départ. Si le triangle ne se referme pas, le corps n'est pas en équilibre.
Exemple — un tableau suspendu par deux fils
Trois forces agissent : le poids vers le bas, et les tensions des deux fils, obliques vers le haut. Les trois droites d'action se coupent en un même point, et le triangle des forces est fermé.
À toi. Une caisse de 30 kg est posée sur le sol, immobile. Quelle est l'intensité de la réaction du sol ? On prend g = 10 N/kg.
La caisse est soumise à son poids et à la réaction du sol, deux forces qui doivent se compenser.
P = 30 × 10 = 300 Ndonc R = 300 N, verticale vers le haut
✓ L'essentiel
- Équilibre
- Le corps reste au repos : les forces se compensent, elles ne disparaissent pas.
- Deux forces
- Même droite d'action, sens opposés, même intensité.
- Trois forces
- Droites d'action concourantes et triangle des forces fermé.
- Méthode graphique
- Choisir une échelle, tracer les vecteurs bout à bout, vérifier la fermeture.
Les erreurs à éviter
- Croire qu'un corps immobile ne subit aucune force.
- Oublier de vérifier que les droites d'action sont concourantes.
- Tracer un schéma de forces sans indiquer l'échelle.