Physique-Chimie : Équilibre d'un solide en rotation

Thème : Moments de force

Introduction

Lorsqu'on veut faire tourner un objet comme une porte ou une barre, il faut exercer une force. La capacité de cette force à faire tourner dépend de sa grandeur et de sa position par rapport au pivot.

1. Qu'est-ce qu'un moment de force ?

Le moment de force, aussi appelé torque, mesure la tendance d'une force à faire tourner un objet autour d'un point fixe. Plus le moment est grand, plus la force est efficace pour faire tourner.

2. Comment calculer le moment de force ?

Pour une force \( ec{F} \) appliquée à une distance \( d \) du pivot (position le long d'une perpendiculaire au solide), le moment de force \( au \) est :

Où :

• F = intensité de la force (en newtons, N),
• d = distance perpendiculaire entre la force et le pivot (en mètres, m).

3. Sens de rotation et sens du moment de force

Le sens du moment de force dépend de la direction de la force et de la position du point d'application. En général :

• Si la force tend à faire tourner le solide dans le sens antihoraire, on considère le moment comme positif.
• Si elle tend à faire tourner dans le sens horaire, le moment est négatif.

4. Équilibre d'un solide

Un solide est en équilibre lorsque la somme de tous ses moments de force (torques) autour d'un axe est nulle :

Cela signifie que le solide ne tourne pas ou qu'il tourne à vitesse constante.

5. Application pratique

Pour équilibrer une porte par exemple, il faut que la somme des moments de force lors de son ouverture ou fermeture soit nulle. Cela se traduit par une force exercée à une certaine distance de l'articulation pour compenser l'autre force.

Conclusion

Les moments de force sont essentiels pour comprendre le comportement des objets en rotation. Leur calcul permet de prévoir si un solide restera immobile ou tournera, comme une balançoire ou une porte.