Comment mesurer une force

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Le mot « force » est utilisé en physique et il correspond à une action qui modifie l'intensité ou la direction du mouvement d'un objet ou sa rotation. Une force peut causer l'accélération d'un objet, soit en le poussant ou en le tirant. La relation entre la force, la masse et l'accélération a été définie par Isaac Newton dans sa seconde loi du mouvement qui stipule que la force d'un objet est donnée par le produit de sa masse et de son accélération.

Partie 1

Partie 1 sur 2:

Mesurer une force

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Familiarisez-vous avec la relation entre la force, la masse et l'accélération. Pour obtenir la force d'un objet, multipliez tout simplement sa masse par son accélération. La relation peut être définie par la formule suivante : Force = Masse × Accélération. Cependant, lorsque vous calculez une force, vous devez vous rappeler les choses suivantes ^{[1]
X
Source de recherche}.
- L'unité de masse internationalement reconnue dans le cadre du système international (SI) est le kilogramme (kg).
- Dans le même système, l'unité de l'accélération est le m/s².
- Toujours dans ce système, l'unité de la force est le newton (N). Le newton est une unité composée. 1 N = 1 kg × 1 m/s².
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Mesurez la masse d'un objet. La masse d'un objet est constituée par la quantité de matière dont il est constitué. La masse d'un objet ne varie jamais, quelle que soit la planète où il se trouve. Bien que le poids change en fonction de la force de gravitation, votre masse reste la même, que vous soyez sur terre ou sur la lune ^{[2]
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Source de recherche}. Dans le système métrique, la masse est exprimée en grammes ou en kilogrammes. Supposez que vous travaillez avec un camion dont la masse est de 1 000 kg.
- Pour mesurer la masse d'un objet, pesez-le à l'aide d'une balance à triple fléau ou d'une balance à deux plateaux. Vous pouvez mesurer ainsi la masse en kilogrammes ou en grammes.
- Dans le système anglo-saxon, la masse est exprimée en livres. Une force peut également être exprimée en livres, mais pour éviter la confusion on parle de « livre-masse ». Cependant, si vous rencontrez la masse d'un objet, exprimée en livres du système anglo-saxon, efforcez-vous de la convertir en kilogrammes. Il vous suffit de multiplier la valeur de cette masse par 0,45 pour la convertir en kilogrammes.
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Mesurez l'accélération d'un objet. En physique, l'accélération correspond à la variation d'une vitesse qui peut être exprimée sous la forme d'une vitesse dans une direction donnée par unité de temps. En plus de sa définition habituelle comme étant une augmentation de la vitesse, l'accélération peut indiquer qu'un objet diminue de vitesse ou change de direction. Tout comme la vitesse qui peut être mesurée avec un indicateur de vitesse, l'accélération est mesurée à l'aide d'un accéléromètre. Supposez que l'accélération du camion de 1 000 kg avec lequel nous travaillons est de 3 m/s².
- Dans le système métrique, la vitesse est exprimée en centimètres par seconde ou en mètres par seconde et l'accélération est exprimée en centimètres par seconde par seconde (centimètres par seconde au carré) ou mètres par seconde par seconde (mètres par seconde au carré).
- Dans le système anglo-saxon, la vitesse est souvent exprimée en pieds par seconde et donc l'accélération peut être exprimée en pieds par seconde au carré.
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Multipliez la masse de l'objet par son accélération. Ce qui vous donne la valeur de la force. Simplement, remplacez les variables connues de l'équation chacune par sa valeur et vous aurez ainsi la valeur de la force de l'objet. N'oubliez pas d'exprimer votre réponse en newtons (N).
- Force = Masse × Accélération
- Force = 1 000 kg × 3 m/s²
- Force = 3 000 N
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Partie 2

Partie 2 sur 2:

Notions avancées

1
Trouvez la masse si vous connaissez la force et l'accélération. Si vous connaissez la force et l'accélération d'un objet, utilisez la même formule pour trouver la masse de l'objet. Voici comment faire.
- Force = Masse x Accélération
- 3 N = Masse x 3 m/s²
- Masse = 3 N / 3m/s²
- Masse = 1 kg
2
Trouvez l'accélération si vous connaissez la force et la masse. Si vous connaissez la force et la masse d'un objet, utilisez la même formule pour calculer l'accélération. Voici comment faire.
- Force = Masse × Accélération
- 10 N = 2 kg × Accélération
- Accélération = 10 N / 2 kg
- Accélération = 5 m/s²
3
Calculez l'accélération d'un objet. Si vous voulez déterminer la force d'un objet, vous pouvez calculer son accélération dans la mesure où vous connaissez sa masse. Vous n'avez qu'à utiliser la formule qui permet de trouver l'accélération d'un objet ^{[3]
X
Source de recherche}. La formule est la suivante : Accélération = (vitesse finale - vitesse initiale)/temps.
- Exemple : un coureur atteint une vitesse de 6 m/s en 10 secondes. Quelle est son accélération ?
- La vitesse finale est de 6 m/s. La vitesse initiale est de 0 m/s. Le temps est égal à 10 s.
- Accélération = (6 m/s - 0 m/s) / 10 s = 6 / 10 s = 0,6 m/s²
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Conseils

Une masse de 20 grammes ayant une accélération de 5 centimètres par seconde au carré développe une force de 20 × 5, soit 100 grammes-centimètres par seconde au carré. Un gramme-centimètre par seconde au carré correspond à une dyne.
Dans le système anglo-saxon, la masse peut également être exprimée en « slugs », le slug étant égal à 32,174 livres-masse. Il équivaut à 14,5939 kg. Un slug correspond à la masse qui, soumise à 1 livre-force, développe une accélération de 1 pied par seconde au carré. N'utilisez pas le facteur de conversion lorsque vous multipliez une masse exprimée en slugs par une accélération exprimée en pieds par seconde au carré.
Donc, une masse de 640 livres-masse accélérant à raison de 5 pieds par seconde au carré produit une force d'environ (640 × 5) / 32, soit 100 livres-force.
Le poids est développé par une masse soumise à l'accélération de la pesanteur. À la surface de la Terre, cette accélération est d'environ 9,8 mètres par seconde au carré (9,80665) ou 32 pieds par seconde au carré (32,174). Donc, dans le système métrique, une masse de 100 kilogrammes a un poids d'environ 980 newtons et une masse de 100 grammes a environ un poids de 980 dynes. Dans le système anglo-saxon, la masse et le poids peuvent être exprimés dans la même unité, ainsi 100 livres de masse (ou livres-masse) donnent un poids de 100 livres (ou livres-force). Sachant qu'un peson ou un dynamomètre mesure la force exercée par la pesanteur sur un objet, vous pouvez affirmer que ces instruments mesurent un poids et non une masse. Pratiquement, il n'y a pas de différence tant qu'il ne s'agit que de la pesanteur au niveau de la surface terrestre.
Divisez le résultat par un facteur de conversion si vous travaillez avec des unités anglo-saxonnes. Comme il a été dit précédemment au sujet du système anglo-saxon, la « livre » peut exprimer une unité de masse ou de poids. Lorsque la livre est employée en tant qu'unité de poids, on parle de « livre-force. » Le facteur de conversion est de 32,174 (livres-pieds) par (livre-force) - (seconde au carré) ; 32,174 est la valeur de l'accélération causée par le champ de la pesanteur terrestre, exprimée en pieds par seconde au carré. Pour simplifier les calculs dans cet article, vous arrondirez à 32.
Notez que la relation entre la force, la masse et l'accélération implique qu'un objet ayant une faible masse et une accélération élevée peut développer la même force qu'un objet ayant une masse élevée et une faible accélération.
Une masse de 150 kilogrammes accélérant à 10 mètres par seconde au carré produit une force de 150 × 10, soit 1 500 kilogrammes-mètres par seconde au carré. Un (1) kilogramme-mètre par seconde au carré correspond à un (1) newton.
Les forces peuvent recevoir des noms particuliers selon leur mode d'action sur un objet. Une force qui permet à un objet d'augmenter sa vitesse est désignée par le terme « poussée ». Par contre, une force qui produit la diminution de la vitesse d'un objet est dite « trainée ». Une force qui change le mode de rotation d'un objet autour d'un axe est appelée « couple ».