← Physique-Chimie 3APIC Chapitre 08 · Semestre 2

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

L'équilibre sous deux forces de même direction, de sens opposés et de même intensité. Puis l'équilibre sous trois forces : leurs vecteurs mis bout à bout forment un triangle fermé. Si le triangle ne se ferme pas, le solide se met en mouvement.
Trois forces en équilibre : leur triangle doit se refermer Illustration Cahier de Sciences · image générée par IA

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 :

  1. la même droite d'action — elles sont portées par la même droite ;
  2. des sens opposés ;
  3. 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 :

  1. leurs droites d'action soient concourantes — elles se coupent en un même point ;
  2. 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 N
donc 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.
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