Interactions et forces : cours de 4e

Tu connais déjà le mouvement : tu sais décrire la trajectoire d'un objet et dire qu'un mouvement dépend du point de vue choisi, c'est la relativité du mouvement. Tu as aussi rencontré la vitesse. Ces notions décrivent comment un objet bouge.

Dans ce chapitre, on change de question. On se demande pourquoi un objet bouge, s'arrête, accélère ou change de direction. Pour y répondre, la physique utilise l'idée d'interaction. Au collège, c'est la première fois que tu étudies cette notion de façon structurée : on la modélise ensuite par une force.²

Le programme demande de savoir identifier les interactions mises en jeu, qu'elles soient de contact ou à distance, puis de les modéliser par des forces.⁴ Voilà le fil du cours : repérer, classer, modéliser.

Le mot clé est mutuelle. Quand ta main pousse une porte, la porte agit aussi sur ta main : tu le sens, parce que ta main est freinée. Une interaction relie donc toujours deux objets, et chacun agit sur l'autre. C'est pour cela qu'on parle de deux forces relatives à une même interaction.⁴

Pour décrire une interaction, on utilise un vocabulaire d'acteurs :

• l'objet étudié, celui dont on veut expliquer le mouvement ou l'immobilité ;
• l'objet qui agit sur lui, appelé parfois l'« acteur » ;
• le type d'action : contact ou distance.

Pour classer une action, pose-toi une seule question : les deux objets se touchent-ils ? Si oui, c'est du contact. Si non, c'est à distance.

Le sol qui soutient une balle posée est un exemple d'action de contact. L'attraction exercée par la Terre sur la balle est, elle, une action à distance : la Terre n'a pas besoin de toucher la balle pour agir sur elle.² Cette attraction s'exerce aussi sur un objet qui monte, pas seulement sur un objet qui descend ; nous y reviendrons dans les erreurs fréquentes.²

Décrire une interaction avec des phrases est utile, mais ce n'est pas assez précis. Pour comparer, prévoir, mesurer, les physiciens ont besoin d'un outil qui se dessine. Cet outil est la force. Le programme attend que l'on associe la notion d'interaction à la notion de force.⁴

Voici ce que chaque mot veut dire, avec l'exemple du stylo qui tombe :

• Point d'application : l'endroit où l'on considère que l'action s'exerce. Pour le stylo, on le place au centre du stylo.
• Direction : la droite suivant laquelle agit la force. Pour le stylo, c'est la verticale.
• Sens : de quel côté de cette droite la force pousse ou tire. Pour le stylo, vers le bas.
• Valeur : l'intensité de la force. Elle dit si l'action est faible ou forte.

Une direction seule ne suffit pas : une même direction verticale peut correspondre à une force vers le haut ou vers le bas. C'est le sens qui tranche. Dans le chapitre suivant, tu apprendras à dessiner ces forces avec des flèches ; ici, on se contente de savoir les décrire avec ces quatre mots.

Voici la partie qui fait le plus trébucher les élèves. La physique du quotidien nous trompe : dans la vie réelle, un objet lancé finit toujours par s'arrêter, à cause des frottements. On en déduit que, pour qu'un objet continue de bouger, il faut le pousser en permanence.

Une situation classique pour tester ces notions est celle d'une balle : posée, lâchée, lancée vers le haut, lancée vers le bas. Les actions à repérer sont l'attraction exercée par la Terre et l'action exercée par le sol ou par la main, selon le cas.²

Tu as maintenant les outils pour décrire les interactions dans le monde qui t'entoure. Le programme de cycle 4 inscrit ces notions dans le thème « Mouvement et interactions ».¹ L'attendu de fin de cycle est de pouvoir modéliser une interaction par une force, avec ses quatre caractéristiques.³

La suite logique est de représenter ces forces : dessiner des flèches pour traduire point d'application, direction, sens et valeur. C'est l'objet du chapitre « Représenter une force ».