La force qu’est-ce que c’est ?
C’est intuitif. On a besoin de notre force pour faire avancer le bateau. Mais au fait, la force, c’est quoi ? Comment ça marche ?
Définition
La définition est simple : une force est ce qui déforme un objet ou modifie son déplacement.
Déformer on voit bien : j’écrase la balle de tennis quand j’appuie. C’est clair, j’exerce une force dessus.
Mais pourquoi ne pas dire qu’une force fait tout simplement bouger un objet ? Pourquoi insister sur le fait que la force modifie le déplacement ? Eh bien parce qu’un objet lancé dans l’espace continue à bouger, même sans force.
En revanche si j’attrape la balle qu’on me lance, ma main va exercer une force dessus, et la balle va stopper sa course, modifier son déplacement.
Le déplacement
Donc si on veut comprendre ce qu’est une force, il faut se poser la question de ce qu’est le déplacement.
- Les palettes qui se déplacent dans l’eau
- Le rameur qui revient sur l’avant
- Le bateau qui avance
- Etc…
Un objet est à une certaine position, puis hop il est plus loin, il s’est déplacé. C’est tout ? Ça nous suffit ?
Ok il a changé de position. Mais l’a-t-il fait vite (il a bougé de 5 m en 1 seconde) ? L’a-t-til fait d’un coup ou en douceur (il a commencé à bouger tout doucement, puis a accéléré avant de freiner délicatement)
Bref, pour décrire le déplacement on a besoin de connaître au moins :
- De combien l’objet c’est déplacé (distance)
- A quelle vitesse (mètres par seconde)
- Comment cette vitesse a évolué au cours du déplacement (accélération donc des mètres par seconde par seconde que l’on note m/s²).
Et donc si on en revient à la définition de la force, on peut dire :
- Que si un objet se déplace … on ne peut rien dire de la force exercée dessus
- Que s’il se déplace vite… non plus
- Mais que si on sait comment sa vitesse évolue on peut comprendre quelles forces ont agi.
La force et l’accélération sont liées.
Force et contact
Doit-on être au contact d’un objet pour exercer une force ?
Pas nécessairement. On connait habituellement au moins 2 forces qui exercent leur action « à distance » : la force magnétique et la pesanteur (ou même la force d’attraction en général).
Et ce sont bien des forces : la balle qu’on a lancée en l’air ralentit sa course (modification du mouvement) et finit par retomber.
Et sans force ?
Un objet qui ne reçoit aucune force extérieure continue indéfiniment sa course. S’il finit par ralentir, c’est que quelque chose l’a freiné : il a rencontré une force qui s’est opposée à son mouvement (le frottement de l’air, l’attraction terrestre, la raquette de l’adversaire…).
Et avec plusieurs forces ?
Là ça devient amusant. Des forces peuvent agir ensemble ou s’opposer. Je pousse sur ma planche de pieds dans l’espoir d’accélérer mon bateau, mais la résistance de l’eau vient me contrarier et s’oppose à mon action.
On peut même avoir des forces qui s’annulent complètement, le bateau reste à l’arrêt.
Donc pour additionner des forces, on a besoin de connaitre leur intensité, leur sens et leur direction. Une force c’est donc ces trois éléments : la mesure de la force ne suffit pas. La force est une grandeur vectorielle (et on sait additionner des vecteurs).
Si on connait toutes les forces qui s’additionne sur un bateau, on peut savoir qui va gagner
- La force des palettes sur l’eau
- La force de l’eau sur les palettes (en opposition)
- La résistance de l’eau due au déplacement du bateau (la trainée)
- La résistance de l’air due au déplacement du bateau
- Le vent
- La force que le rameur exerce pour plonger ses pelles dans l’eau
- La force qu’il exerce en se jetant sur l’avant (Eh oui, il se déplace sur le bateau donc en fonction de ce mouvement il exerce une force sur lui)
- Le poids du bateau
- La poussée d’Archimède qui permet au bateau de ne pas couler
- Etc…
Bon on ne va pas faire un cours de physique approfondi ici, mais avoir une petite idée des forces en jeu peut nous aider à comprendre pourquoi une jeune fille de 40 kg et 12 ans peut battre un colosse de cent kg en skiff.
Force et masse
On vient d’insister beaucoup sur force et mouvement (la force est ce qui modifie un déplacement). Mais pousser une locomotive ou un vélo est quand même assez différent.
Effectivement, il faut plus de force pour la locomotive (une CC6501 pèse 115 tonnes soit 10000 vélos). La force nécessaire pour un effet équivalent sera 10000 fois plus importante.
- Donc la force et l’accélération varient ensemble, en intensité, en direction et en sens
Comment on mesure une force ?
Une force c’est donc une masse et une accélération, donc des kg et des m/s²
Dit autrement si j’accélère 1 kg de 1m/s en une seconde j’ai une force de 1.
Exemple : mon kg avançait à 10 m/s. Je l’accélère et une seconde plus tard il est à 11 m/s : j’ai exercé une force de 1 kg/s² c’est-à-dire 1 N (Newton).
La force exercée par un très bon rameur est d’environ 600 N
L’effet des forces sur l’avancement du bateau
Le travail du rameur consiste à utiliser au mieux son énergie : il doit utiliser sa force pour faire avancer le bateau “au mieux” et éviter toute force parasite, qui lui prend de l’énergie sans contribuer au but poursuivi (au pire il peut freiner le bateau)
Si un rameur est très en avant, les tibias au-delà de la verticale, il modifie la trajectoire du bateau en l’accélérant vers le fond de la rivière.
=> Le bateau « pilonne »
En général on lutte contre toute action verticale
- Poussée horizontale
- Déplacement du buste horizontal
- Prise d’eau limitée à l’immersion de la palette
En résumé
Une force
- Modifie le déplacement du bateau en l’accélérant ou le freinant
- La force est le produit de la masse par l’accélération
- On peut additionner des forces (vecteurs)
- Est caractérisée par
- Une intensité
- Une direction
- Un sens
- Se compte en Newton (N)
- L’objet continue sa route de façon rectiligne uniforme en absence de force
La prochaine fois : le levier (voir à ce sujet sur arte.tv).