Des tireurs de corde peu robustes

Le caractère vectoriel de la force peut être mis en évidence en tirant sur une corde.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel

une corde longue et solide.

Montage et réalisation

Alors que deux personnes tirent « de toutes leurs forces » aux deux extrémités d’une corde, une troisième personne qui appuie sur la corde en son milieu arrive facilement à lui faire toucher le sol.

 

Explications

On voit sur la figure qu’il faut exercer des forces et d’une intensité bien supérieure à celle de pour compenser la force verticale.

Avec , en supposant que la corde de longueur l est amenée au sol en son milieu par la troisième personne et qu’elle est tenue à la hauteur h par les deux premières personnes on a :

Admettons que les deux premières personnes exercent une force égale à leur poids. En prenant une masse d’environ 80 kg pour chacune d’elles (F = 800 N) et une corde de longueur l = 10 m tenue à la hauteur h = 1 m, on calcule la valeur F3 = 320 N pour la force à appliquer au centre, ce qui correspond au poids d’un objet de 32 kg seulement !

Remarques

On retrouve souvent cette disposition des forces dans un exercice concernant une lanterne suspendue à un câble. Connaissant la masse de la lanterne, on demande de calculer la force qu’exerce le câble sur les points d’accrochage. On peut ajouter une question demandant quel est le rapport entre la tension mécanique à exercer sur les lignes à haute tension et le poids des câbles.
Cette expérience présente des risques évidents : personnes qui se cognent la tête en tombant à la renverse, blessures au coccyx et peau des mains arrachée par la corde qui glisse. On peut les éviter en choisissant bien les personnes qui tirent la corde, en leur donnant des gants épais, en éloignant les objets dangereux sur lesquels ils risqueraient de se blesser en tombant ou, mieux encore, en réalisant l’expérience en plein air et en plaçant un assistant derrière chacun de ceux qui tirent la corde afin d’amortir une éventuelle chute en arrière.

 

Références

walter Fendt : Résultante de forces

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