La statique est la partie de la physique qui étudie les systèmes en équilibre.
Equilibre d'un solide à l'action de deux forces
(C) est un corps de masse négligeable soutenu par des fils reliés par deux dynamomètres D1 et D2. Les forces externes appliquées à (C) sont F1 et F2.
L'équilibre établi F1 et F2 ont même droite d'action. F1 et F2 sont opposés et ont même intensité.
Condition d'équilibre
Un solide soumis à l'action de 2 forces F1 et F2 ont même droite d'action.
Si F1 et F2 n'ont pas une même droite d'action, (C) effectue une rotation. Cette condition d'équilibre n'est pas suffisante à cause du principe de l'inertie qui stipule que, si la somme des forces appliquée à un solide est égale à vecteur nul, le solide est au repos s'il était initialement ou en mouvement de translation rectiligne uniforme.
Exemple
Brique en équilibre car P et R ont la même droite d'action.
Brique sur un plan incliné.
Le plan incliné est un plan qui fait un angle avec l'horizontal. Si le plan est parfaitement lisse il y'a pas frottement, la réaction du plan est perpendiculaire à celui-ci. La brique n'est pas en équilibre car P et R n'ont pas une même droite d'action.
Le plan est rugueux, il y'a frottement au niveau des surfaces de contact, la réaction n'est plus perpendiculaire au plan incliné. La brique sera en équilibre.
Þ est l'angle qui fait la réaction avec l'amortissement au plan incliné. C'est l'angle de frottement et le cœfficient de frottement est tgÞ.
Solide suspendu à un ressort
(C) est en équilibre car P et T ont même droite d'action.
Equilibre d'un solide soumis à l'action de 3 force
Le solide (S) est soumis à l'action des forces F1, F2, F3. L'équilibre établi, les droites d'action de F1, F2, F3 passent par le même point O. On indique les forces F1, F2, F3 sont concourante. Un solide soumis à l'action de 3 forces est en équilibre si les 3 forces sont en concourantes.
Exemple d'application
Brique sur un plan incliné parfaitement lisse.
Equilibre d'un solide en rotation autour d'un axe fixe
Lorsqu'une force agit sur un solide mobile au tour d'axe motrice, l'effet produit est un effet de rotation, l'axe de rotation est l'ensemble des points fixes au cours du mouvement. On peut calculer le moment de la force qui produit la rotation par rapport à l'axe.
Moment d'une force par rapport à un axe.
On le notera:
- F est l'intensité de la force appliquée.
- d la distance de la droite d'action de F à l'axe de rotation.
Le moment d'une force est une grandeur algébrique C'est-à-dire peut être positif ou négatif. Son signe dépend du sens positif arbitraire choisi.
Couple de force
Un couple de force est un système de 2 forces parallèles de sens opposé et de même intensité. Le plan du couple est le plan contenant les 2 forces.
Exemple de couple: vissage et dévissage d'un boulon.
Moment d'un couple
Le moment d'un couple dépend uniquement de la distance qui sépare la droite d'action des 2 forces. Il est égal au produit de l'intensité commune des droites d'action des 2 forces.
VII. Couple de torsion
Lorsqu'on tord un fil d'angle ß il subit l'action d'un couple appelé couple de torsion. Le moment de ce couple est: M=c.ß.
c: constante de torsion du fil en N.m/rad
ß: angle de torsion en rad
M en N.m
Un couple de force est dit moteur s'il est issu des forces motrices, exemple: couple de démarrage d'un moteur.
Le couple est résistant s'il est issu des forces résistantes, exemple: couple de freinage d'un moteur
Condition d'équilibre d'un solide en rotation au tour d'un axe fixe
(S) est en équilibre si la somme des moments des forces appliquées à (S) est égale à zéro.
Condition générale d'équilibre d'un solide
Un solide sera dit en équilibre si les 2 conditions suivantes sont vérifiées:
Probatoire A-ABI 2021 Epreuve de littérature ou de culture générale