Au programme de ce chapitre
- I. La condition d'équilibre
- II. Étudier un équilibre
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition Un objet est en équilibre statique quand il reste immobile (par rapport au sol). Cela ne veut pas dire qu'aucune force n'agit, mais que les forces se compensent : leur résultante est nulle (et elles ne le font pas tourner).
Un exemple corrigé
Exemple Un lustre de 2,0 kg pend au bout d'un fil. Deux forces agissent : son poids, vertical vers le bas, de 2,0 × 9,81 ≈ 19,6 N, et la tension du fil, verticale vers le haut. À l'équilibre, la tension vaut aussi 19,6 N. Un livre posé sur une table subit de même son poids et la réaction de la table, égale et opposée.
Lexique
- équilibre statique
- état d'un objet immobile dont la résultante des forces est nulle
- réaction du support
- force exercée vers le haut par une surface sur l'objet posé
- tension
- force exercée par un fil, une corde ou une chaine tendus
- frottement
- force de contact qui s'oppose au glissement
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — oublier la réaction du support. Un objet posé sur une table ne tombe pas parce que la table le pousse vers le haut. Si ton schéma n'a que le poids, ton inventaire est incomplet : cherche tous les contacts.
Piège — le frottement n'est pas toujours maximal. Tant que l'objet est immobile, le frottement s'adapte à la poussée pour la compenser exactement. Il n'atteint sa valeur maximale que juste avant que l'objet se mette à glisser.
Attention « Immobile » ne veut pas dire « sans force ». Un objet posé sur une table est soumis à son poids ; s'il ne tombe pas, c'est que la table le pousse vers le haut avec une force égale. Oublier la réaction du support est l'erreur la plus fréquente.
L'astuce du prof
Astuce Pour vérifier un équilibre sous trois forces, dessine les trois flèches à l'échelle bout à bout (l'origine de chacune à l'extrémité de la précédente) : si elles forment un triangle fermé, la résultante est nulle.
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1 — Le livre sur la table
Un livre de 0,80 kg est posé sur une table (g = 9,81 N/kg). Quelles forces agissent sur lui et quelle est leur intensité ?
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Deux forces agissent sur le livre : son poids, vertical vers le bas, P = 0,80 × 9,81 ≈ 7,8 N ; et la réaction de la table, verticale vers le haut. Le livre est immobile, donc la réaction compense le poids : elle vaut aussi 7,8 N.
Exercice 2 — La caisse qu'on pousse
Une caisse reste immobile sur le sol alors qu'on la pousse. Complète le tableau des forces, sachant qu'elle est en équilibre.
| Force | Direction | Sens | Intensité |
|---|---|---|---|
| Poids | verticale | vers le bas | 400 N |
| Réaction du sol | ? | ? | ? |
| Poussée | horizontale | vers la droite | 150 N |
| Frottement du sol | ? | ? | ? |
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Verticalement, le poids et la réaction se compensent : la réaction est verticale, vers le haut, et vaut 400 N. Horizontalement, la poussée est compensée par le frottement : il est horizontal, vers la gauche, et vaut 150 N. Les deux paires de forces ont la même intensité et des sens contraires : la résultante est nulle dans chaque direction, la caisse reste immobile.