Reconnaître l’équilibre des forces : système, forces et mouvement.
Vérifier que la somme vectorielle des forces est nulle pour un repos ou mouvement rectiligne uniforme en définissant le système, les grandeurs et les conditions de validité ; la fiche associe une réponse directe, un cas analysé, 7 activités corrigées et 2 repères de progression.
Reconnaître l’équilibre des forces : ce qu’il faut retenir.
Pour maîtriser « Reconnaître l’équilibre des forces », retenez d’abord la règle qui relie « équilibre » à « résultante ». Le cas repère montre ensuite comment utiliser « réaction » sans sauter l’étape de vérification.
Vérifier que la somme vectorielle des forces est nulle pour un repos ou mouvement rectiligne uniforme en définissant le système, les grandeurs et les conditions de validité.
Vérifier que la somme vectorielle des forces est nulle pour un repos ou mouvement rectiligne uniforme ; le résultat doit être confronté à une mesure, un schéma ou un ordre de grandeur.
Un livre immobile subit un poids compensé par la réaction de la table.
Conclure qu’aucune force n’agit sur un objet immobile.
- 01GRANDEURéquilibre
- 02RELATIONrésultante
- 03UNITÉréaction
Le schéma sert de contrôle : partez de « équilibre », appliquez « résultante », puis vérifiez avec « réaction ».
Deux forces opposées de même valeur peuvent se compenser sur un objet.
Une réponse que l’on peut vérifier.
Pour étudier « Un livre immobile subit un poids compensé par la réaction de la table. », il faut choisir le système et le référentiel, décrire le mouvement ou les interactions, puis relier « équilibre » aux grandeurs réellement connues. Une trajectoire dessinée sans échelle ni durée ne suffit pas à conclure.
Ce que l’on peut conclure — et pas davantage.
Repos et mouvement dépendent du référentiel ; masse, poids, vitesse, accélération et force désignent des grandeurs différentes. Un modèle ponctuel ou une interaction simplifiée ne décrit que les aspects utiles à la question.
Étudier « Reconnaître l’équilibre des forces » : système, données, modèle, unités et vérification.
Pour « Reconnaître l’équilibre des forces », la méthode relie chaque donnée à la règle, à la réponse puis à un contrôle capable de révéler une erreur.
- 01
Définir le système
Dans le premier cas, la résultante est nulle puisque le livre reste au repos dans le référentiel étudié ; cet indice délimite le système et les grandeurs réellement utiles.
- 02
Choisir le modèle
Le cas suivant mène à « Non, elle est nulle dans le modèle inertiel usuel » parce que un mouvement rectiligne uniforme est compatible avec des forces qui se compensent ; le modèle respecte alors la règle « Vérifier que la somme vectorielle des forces est nulle pour un repos ou mouvement rectiligne uniforme ; le résultat doit être confronté à une mesure, un schéma ou un ordre de grandeur ».
- 03
Confronter calcul et mesure
Le troisième résultat est « Oui si elles s’appliquent au même système selon la même ligne d’action dans le modèle considéré » ; il peut être confronté aux données puisque elles ont alors une somme vectorielle nulle.
- 04
Tester la limite
La démarche « Conclure qu’aucune force n’agit sur un objet immobile » doit être rejetée si elle contredit les unités, les observations ou la règle « Vérifier que la somme vectorielle des forces est nulle pour un repos ou mouvement rectiligne uniforme ; le résultat doit être confronté à une mesure, un schéma ou un ordre de grandeur ».
« Reconnaître l’équilibre des forces » : relier le système, le modèle et la mesure.
L’objectif est « Vérifier que la somme vectorielle des forces est nulle pour un repos ou mouvement rectiligne uniforme en définissant le système, les grandeurs et les conditions de validité » : les trois situations ci-dessous montrent quelle donnée déclenche la décision, ce qui change d’un cas à l’autre et comment contrôler la conclusion.
La règle sur un cas simple
À la question « Un livre immobile repose sur une table. Quelles forces principales se compensent ? », la réponse est « Son poids vers le bas et la force exercée par la table vers le haut » : La résultante est nulle puisque le livre reste au repos dans le référentiel étudié.
Le cas qui change la décision
Dans « Un objet se déplace en ligne droite à vitesse constante. La somme des forces est-elle nécessairement non nulle ? », on obtient « Non, elle est nulle dans le modèle inertiel usuel » : Un mouvement rectiligne uniforme est compatible avec des forces qui se compensent.
La limite qui révèle la maîtrise
Le cas « Deux forces de 5 N ont la même direction mais des sens opposés. Se compensent-elles ? » conduit à « Oui si elles s’appliquent au même système selon la même ligne d’action dans le modèle considéré » : Elles ont alors une somme vectorielle nulle. Il permet aussi d’écarter l’erreur « Conclure qu’aucune force n’agit sur un objet immobile ».
Cas corrigé sur « Reconnaître l’équilibre des forces » : question, réponse et contrôle.
Pour « Reconnaître l’équilibre des forces », ce cas reprend mot pour mot la première activité : ses données, sa réponse et sa preuve restent dans le même bloc vérifiable.
Question
Un livre immobile repose sur une table. Quelles forces principales se compensent ?
Réponse
Son poids vers le bas et la force exercée par la table vers le haut.
Pourquoi cette réponse
La résultante est nulle puisque le livre reste au repos dans le référentiel étudié. La vérification conserve donc le même énoncé — « Un livre immobile repose sur une table. Quelles forces principales se compensent ? » — jusqu’à la réponse « Son poids vers le bas et la force exercée par la table vers le haut ».
Un cas voisin sur « Reconnaître l’équilibre des forces ».
Ce cas applique « Reconnaître l’équilibre des forces » dans une situation différente : produisez la réponse, justifiez-la, puis utilisez le contrôle indépendant.
À FAIRE SANS MODÈLEUn objet immobile est soumis à deux forces seulement. Quelles conditions permettent leur équilibre ?
Indice : À partir de « objet », « immobile », « soumis » et « forces », isolez le système étudié et décrivez chaque action par direction, sens et valeur avant de les combiner.
Afficher le corrigé
La somme vectorielle des deux forces est alors nulle.
CONTRÔLE INDÉPENDANTDeux forces seulement égales mais non colinéaires laisseraient un effet de rotation : les trois caractéristiques sont nécessaires.
6 activités guidées sur « Reconnaître l’équilibre des forces », après le cas autonome.
Dans « Reconnaître l’équilibre des forces », les 6 activités ci-dessous passent de l’application à la justification, puis au transfert, afin de vérifier l’objectif « Vérifier que la somme vectorielle des forces est nulle pour un repos ou mouvement rectiligne uniforme en définissant le système, les grandeurs et les conditions de validité » ; chaque carte annonce séparément la tâche et le mode de correction. Avec le cas autonome consacré à « Reconnaître l’équilibre des forces », la fiche totalise 7 activités corrigées.
Composition de la fiche « Reconnaître l’équilibre des forces » : 4 cas à résoudre, 2 analyses guidées et 1 diagnostic d’erreur. Pour « Reconnaître l’équilibre des forces », cette composition distingue la tâche demandée du mode de correction. Pour « Reconnaître l’équilibre des forces », 1 activité ouverte utilise des critères de réussite plutôt qu’une réponse arbitrairement unique.
01CAS À RÉSOUDRE · APPLIQUER · NIVEAU 1CORRIGÉ MODÈLEUn livre immobile repose sur une table. Quelles forces principales se compensent ?
Indice : À partir de « livre », « immobile », « repose » et « table », isolez le système étudié et décrivez chaque action par direction, sens et valeur avant de les combiner.
Indice : pour le cas 1 de « Reconnaître l’équilibre des forces », définissez le système, les données et les unités avant de choisir une relation.
La résultante est nulle puisque le livre reste au repos dans le référentiel étudié.
Continuer avec l’activité suivante →02CAS À RÉSOUDRE · RAISONNER · NIVEAU 1CORRIGÉ MODÈLEUn objet se déplace en ligne droite à vitesse constante. La somme des forces est-elle nécessairement non nulle ?
Indice : À partir de « objet », « déplace », « ligne » et « droite », précisez le système et le référentiel, puis reliez distance et durée avec des unités compatibles.
Indice : pour le cas 2 de « Reconnaître l’équilibre des forces », vérifiez les conditions du modèle avant de calculer ou de prévoir un effet.
Un mouvement rectiligne uniforme est compatible avec des forces qui se compensent.
Continuer avec l’activité suivante →03CAS À RÉSOUDRE · APPROFONDIR · NIVEAU 2CORRIGÉ MODÈLEDeux forces de 5 N ont la même direction mais des sens opposés. Se compensent-elles ?
Indice : À partir de « 5 N », isolez le système étudié et décrivez chaque action par direction, sens et valeur avant de les combiner.
Indice : pour le cas 3 de « Reconnaître l’équilibre des forces », confrontez le résultat à une unité, un ordre de grandeur, une mesure ou une observation.
Elles ont alors une somme vectorielle nulle.
Continuer avec l’activité suivante →04ANALYSE GUIDÉE · COMPARER · NIVEAU 2CORRIGÉ MODÈLEAnalysez séparément les cas 1 et 2 sur « Reconnaître l’équilibre des forces » : donnez chaque réponse, relevez l’indice décisif et expliquez le point commun.
Indice : Cas 1 — Un livre immobile repose sur une table. Quelles forces principales se compensent ? Cas 2 — Un objet se déplace en ligne droite à vitesse constante. La somme des forces est-elle nécessairement non nulle ? Pour comparer les deux cas de « Reconnaître l’équilibre des forces », traitez les énoncés séparément : aucune donnée ne doit passer de l’un à l’autre.
Pour « Reconnaître l’équilibre des forces », la comparaison est vérifiable parce que le premier cas repose sur « La résultante est nulle puisque le livre reste au repos dans le référentiel étudié » tandis que le second repose sur « Un mouvement rectiligne uniforme est compatible avec des forces qui se compensent » ; les deux réponses ne partagent que la règle explicitement formulée.
Continuer avec l’activité suivante →05DIAGNOSTIC D’ERREUR · CORRIGER · NIVEAU 2CORRIGÉ MODÈLEPour le troisième cas ci-dessous, testez la démarche « Conclure qu’aucune force n’agit sur un objet immobile ». Comparez la démarche aux informations disponibles, signalez le premier écart et rétablissez le raisonnement.
Indice : À partir de « Conclure qu’aucune force n’agit sur un objet immobile », séparez grandeurs, unités et observations, puis repérez le premier changement de modèle non justifié. Corrigez cette étape avant de vérifier la conclusion.
Indice : dans le troisième cas de « Reconnaître l’équilibre des forces », conservez ce fait — Elles ont alors une somme vectorielle nulle — puis localisez la première décision qui le contredit.
Le diagnostic de « Reconnaître l’équilibre des forces » réfute précisément « Conclure qu’aucune force n’agit sur un objet immobile » en retrouvant « Oui si elles s’appliquent au même système selon la même ligne d’action dans le modèle considéré » à partir de l’indice « Elles ont alors une somme vectorielle nulle ».
Continuer avec l’activité suivante →06ANALYSE GUIDÉE · TRANSFÉRER · NIVEAU 3CRITÈRES DE RÉUSSITEVariez ce troisième cas : Deux forces de 5 N ont la même direction mais des sens opposés. Se compensent-elles ? Gardez la même règle mais changez une information utile ; donnez ensuite la réponse et sa vérification.
Indice : Point de départ — Deux forces de 5 N ont la même direction mais des sens opposés. Se compensent-elles ? Pour « Reconnaître l’équilibre des forces », conservez l’objectif et la règle de ce cas, puis isolez l’unique élément à modifier et le contrôle capable d’en mesurer l’effet.
Le contrôle reste lié à « Reconnaître l’équilibre des forces » parce qu’il conserve l’objectif « Vérifier que la somme vectorielle des forces est nulle pour un repos ou mouvement rectiligne uniforme en définissant le système, les grandeurs et les conditions de validité. », reprend l’indice « Elles ont alors une somme vectorielle nulle. », isole un seul changement pour « Reconnaître l’équilibre des forces » et se termine par un contrôle indépendant.
Faire le point sur la progression →Conclure qu’aucune force n’agit sur un objet immobile.
Pour reprendre cette notion, localisez d’abord l’endroit exact où « équilibre » n’est plus relié à la règle. Corrigez cette seule décision, expliquez-la avec « résultante », puis traitez une variante mobilisant « réaction » sans regarder le modèle.
« Reconnaître l’équilibre des forces » : des exigences adaptées à chaque niveau.
Les repères ci-dessous montrent comment « Reconnaître l’équilibre des forces » passe de la reconnaissance à l’application, à la justification puis au transfert selon le niveau.
4e
Dans « Reconnaître l’équilibre des forces », modéliser le système, calculer ou prévoir un effet et contrôler la cohérence des unités et de l’ordre de grandeur.
Voir le parcours 4e →3e
Dans « Reconnaître l’équilibre des forces », combiner relations, mesures et modèle, expliciter les hypothèses et discuter la limite de la conclusion.
Voir le parcours 3e →