Comment calculer la force normale

La force normale est la force qui permet de neutraliser l’action des autres forces en présence dans n’importe quel cas de figure. Le meilleur moyen de déterminer cette force dépend des conditions dans lesquelles se trouve l’objet concerné et des valeurs des variables dont vous disposez.

Méthode 1
Méthode 1 sur 5:
Calculer la force normale d’un objet au repos

  1. Image intitulée Find Normal Force Step 1
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    Familiarisez-vous avec la force normale. La force normale représente la force nécessaire pour contrebalancer la force de la pesanteur.
    • Imaginez un cube posé sur une table. La force de la pesanteur attire le cube vers le sol, mais manifestement il existe une force dont l’effet est d’empêcher ce cube de faire un trou dans la table et de tomber par terre. La force qui maintient le cube en place malgré l’action de la force de la pesanteur s’appelle la force normale. On lui donne parfois aussi le nom de force de contact, de force de résistance de surface ou encore de force de réaction du plan.
  2. Image intitulée Find Normal Force Step 2
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    Déterminez la formule de la force normale d’un objet au repos. Pour calculer la valeur de la force normale d’un objet au repos sur une surface horizontale, utilisez la formule suivante : N = m × g [1] .
    • Dans cette formule, N désigne la force normale, m la masse de l’object et g l’accélération de la pesanteur.
    • Pour un objet au repos sur une surface horizontale qui n’est soumis à aucune force extérieure, la force normale est égale au poids de l’objet. Afin de maintenir l’objet immobile, la force normale doit être égale à la force que la pesanteur exerce sur cet objet. La force de la pesanteur qui s’exerce sur un objet est égale au produit de la masse de l’objet par l’accélération de la pesanteur.
    • Exemple : trouvez la force normale d’un cube ayant une masse de 4,2 g.
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    3
    Multipliez la masse de l’objet par l’accélération de la pesanteur. Ce calcul vous donne le poids qui est finalement égal à la force normale de l’objet au repos.
    • Notez que l’accélération de la pesanteur au niveau de la surface terrestre a une valeur constante de : g = 9,8 m/s2 [2] .
    • Exemple : poids = m x g = 4,2 x 9,8 = 41,16.
  4. Image intitulée Find Normal Force Step 4
    4
    Écrivez votre réponse. L’étape précédente vous a permis de résoudre le problème et de trouver la réponse.
    • Exemple : la force normale est égale à 41,16 N.
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Méthode 2
Méthode 2 sur 5:
Calculer la force normale d’un corps sur un plan incliné

  1. Image intitulée Find Normal Force Step 5
    1
    Employez la bonne formule. Pour calculer la force normale d’un objet posé sur un plan incliné, vous devez employer la formule suivante : N = m × g × cos(x).
    • Dans cette formule, N représente la force normale, m la masse de l’objet (en kg), g l’accélération de la gravité (en m/s^2) et x l’angle d’inclinaison.
    • Exemple : trouvez la force normale d’un cube ayant une masse de 4,2 kg, posé sur une rampe dont l’inclinaison est de 45 degrés.
  2. Image intitulée Find Normal Force Step 6
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    Déterminez le cosinus de l’angle. Dans le triangle rectangle formé par le plan incliné, le cosinus d’un angle est égal au sinus de son angle complémentaire ou au quotient du côté adjacent par l’hypoténuse [3] .
    • Cette valeur est souvent déterminée à l’aide d’une calculatrice. Chaque angle a un cosinus qui lui est propre et que vous pouvez calculer manuellement.
    • Exemple : cos (45) = 0,71.
  3. Image intitulée Find Normal Force Step 7
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    Trouvez le poids de l’objet. Le poids d’un objet est égal au produit de sa masse par l’accélération de la pesanteur.
    • Notez que l’accélération de la pesanteur au niveau de la surface terrestre a une valeur constante de : g = 9,8 m/s2.
    • Exemple : poids = m × g = 4,2 × 9,8 = 41,16.
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    Multipliez les deux grandeurs. Pour trouver la force normale, multipliez le poids de l’objet par le cosinus de l’angle d’inclinaison.
    • Exemple : N = m × g × cos(x) = 41,16 × 0,71 = 29,1.
  5. Image intitulée Find Normal Force Step 9
    5
    Écrivez votre réponse. L’étape précédente vous a permis de résoudre le problème et de trouver la réponse.
    • Notez que pour un objet posé sur un plan incliné, la force normale est inférieure au poids de l’objet.
    • Exemple : la force normale est de 29,1 N.
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Méthode 3
Méthode 3 sur 5:
Calculer la force normale d’un objet qui subit une force externe dirigée vers le bas

  1. Image intitulée Find Normal Force Step 10
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    Employez la bonne formule. Pour calculer la valeur de la force normale d’un objet au repos lorsqu’il est soumis à une force dirigée vers le bas, utilisez la formule suivante : N = [(m × g) + (F × sin(x)].
    • Dans cette formule, N représente la force normale, m la masse de l’objet, g l’accélération de la pesanteur, F la force externe et x l’angle que fait l’objet avec la direction de la force externe.
    • Exemple : trouvez la force normale d’un cube ayant une masse de 4,2 g, lorsqu’une personne exerce sur ce cube une pression de 20,9 N orientée vers le bas suivant un angle de 30 degrés.
  2. Image intitulée Find Normal Force Step 11
    2
    Trouvez le poids de l’objet. Le poids d’un objet est égal au produit de sa masse par l’accélération de la pesanteur.
    • Notez que l’accélération de la pesanteur au niveau de la surface terrestre a une valeur constante de : g = 9,8 m/s2.
    • Exemple : poids = m × g = 4,2 × 9,8 = 41,16.
  3. Image intitulée Find Normal Force Step 12
    3
    Trouvez le sinus de l’angle. Dans un triangle rectangle, le sinus d’un angle est égal au quotient de la longueur du côté opposé par la longueur de l’hypoténuse.
    • Exemple : sin(30) = 0,5.
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    Multipliez le sinus par la valeur de la force externe. Dans cet exemple, la force externe correspond à la pression orientée vers le bas que vous exercez sur l’objet.
    • Exemple : 0,5 × 20,9 = 10,45.
  5. Image intitulée Find Normal Force Step 14
    5
    Ajoutez cette valeur au poids de l’objet. Ainsi, vous obtenez la valeur de la force normale qui s’exerce sur votre objet.
    • Exemple : 10,45 + 41,16 = 51,61.
  6. Image intitulée Find Normal Force Step 15
    6
    Écrivez votre réponse. Notez que pour un objet en équilibre soumis à une force externe orientée vers le bas, la force normale aura une valeur supérieure à celle du poids de l’objet.
    • Exemple : la force normale est de 51,61 N.
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Méthode 4
Méthode 4 sur 5:
Calculer la force normale d’un objet qui subit une force externe dirigée vers le haut

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    Employez la bonne formule. Pour calculer la valeur de la force normale d’un objet au repos lorsqu’il est soumis à une force dirigée vers le haut, utilisez la formule suivante : N = [(m × g) - F sin(x)].
    • Dans cette formule, N représente la force normale, m la masse de l’objet, g l’accélération de la pesanteur, F la force externe et x l’angle que fait l’objet avec la direction de la force externe.
    • Exemple : trouvez la force normale d’un cube ayant une masse de 4,2 g, lorsqu’une personne tire l’objet vers le haut avec une force de 20,9 N et suivant un angle de 50 degrés.
  2. Image intitulée Find Normal Force Step 17
    2
    Trouvez le poids de l’objet. Le poids d’un objet est égal au produit de sa masse par l’accélération de la pesanteur.
    • Notez que l’accélération de la pesanteur au niveau de la surface terrestre a une valeur constante de : g = 9,8 m/s2.
    • Exemple : poids = m × g = 4,2 × 9,8 = 41,16.
  3. Image intitulée Find Normal Force Step 18
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    Trouvez le sinus de l’angle. Dans un triangle rectangle, le sinus d’un angle est égal au quotient de la longueur du côté opposé par la longueur de l’hypoténuse.
    • Exemple : sin(50) = 0,77.
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    Multipliez le sinus par la valeur de la force externe. Dans cet exemple, la force externe correspond à la force orientée vers le haut que vous exercez sur l’objet.
    • Exemple : 0,77 × 20,9 = 16,01.
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    5
    Retranchez cette valeur de celle du poids. Ainsi, vous obtenez la valeur de la force normale qui s’exerce sur votre objet.
    • Exemple : 41,16 – 16,01 = 25,15.
  6. Image intitulée Find Normal Force Step 21
    6
    Écrivez votre réponse. Notez que pour un objet en équilibre soumis à une force externe orientée vers le haut, la force normale aura une valeur inférieure à celle du poids de l’objet.
    • Exemple : la force normale est égale à 25,15 N.
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Méthode 5
Méthode 5 sur 5:
La relation entre la force normale et la force de friction cinétique

  1. Image intitulée Find Normal Force Step 22
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    Apprenez la formule élémentaire qui vous permet de calculer la force de friction cinétique. La force de friction cinétique ou le frottement d’un objet en mouvement correspond au produit du coefficient de friction par la force normale de cet objet. L’équation qui permet de calculer cette force est de la forme : f = μ × N.
    • Dans cette formule, f désigne la force de friction, μ le coefficient de friction et N la force normale de l’objet.
    • Un « coefficient de friction » est donné par le rapport entre la résistance de friction et la force normale qui maintient deux surfaces opposées en contact l’une avec l’autre.
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    Ordonnez les termes de l’équation afin d’isoler la force normale. Si vous connaissez la valeur de la force de friction d’un objet ainsi que son coefficient de friction, vous pouvez trouver la force normale à l’aide de la formule suivante : N = f / μ.
    • Cette expression a été obtenue en divisant les deux membres de l’équation par μ, ce qui a permis d’isoler la force normale d’un côté et le quotient de la force de friction cinétique par le coefficient de friction de l’autre.
    • Exemple : trouvez la force normale d’un cube, lorsque le coefficient de friction est de 0,4 et la valeur de la force de friction cinétique est de 40 N.
  3. Image intitulée Find Normal Force Step 24
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    Divisez la force de friction cinétique par le coefficient de friction. C’est tout ce que vous avez besoin de faire pour calculer la valeur de la force normale.
    • Exemple : N = f / μ = 40 / 0,4 = 100.
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    Écrivez votre réponse. Vous pouvez vérifier votre réponse en remplaçant chaque variable par sa valeur dans l’expression initiale de la friction cinétique, puis refaites le calcul. Autrement, vous avez résolu le problème.
    • Exemple : la force normale est de 100,0 N.
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Éléments nécessaires

  • Un crayon
  • Du papier
  • Une calculatrice

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Références

  1. ↑ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/frict.html
  2. ↑ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mass.html#wgt
  3. ↑ http://www.mathsisfun.com/sine-cosine-tangent.html

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