Formule de force

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Cet article explique ce qu'est la formule de force et comment calculer une force avec sa formule. De plus, vous trouverez des exercices résolus étape par étape de la formule de force.

Quelle est la formule de la force ?

La formule de force est F=m·a, donc la formule de force est la masse du corps multipliée par l'accélération du corps. Autrement dit, pour calculer la force appliquée à un corps ou à un objet, la masse du corps doit être multipliée par son accélération.

formule de force

Dans le Système international d'unités, les forces sont mesurées en newtons. Et un newton équivaut à un kilo multiplié par un mètre divisé par une seconde au carré :

N=kg\cdot \cfrac{m}{s^2}

Par conséquent, pour calculer la valeur d’une force avec la formule, la masse de l’objet doit être multipliée en kilogrammes et l’accélération doit être en mètres divisés par seconde au carré. Autrement dit, la masse et l’accélération doivent être exprimées en unités du système international.

La formule de la force découle de la deuxième loi de Newton, également appelée principe fondamental de la dynamique.

Exemple de formule de force

Maintenant que nous connaissons la formulation mathématique d'une force, résolvons un exemple pour bien comprendre comment une force est calculée avec la formule.

  • Une chaise à roulettes de 4 kg repose sur une surface plane et lisse. Soudain, la chaise est poussée et acquiert une accélération linéaire de 6 m/s 2 . En négligeant la friction, calculez la force appliquée à la chaise.

L'énoncé du problème nous fournit déjà les données exprimées dans le Système International d'Unités, nous pouvons donc appliquer directement la formule pour trouver l'intensité de la force :

F=m\cdot a

Maintenant, nous substituons les valeurs de la masse de la chaise et de son accélération dans la formule et faisons le calcul de la force :

F=4\cdot 6=24\N

Exercices résolus de la formule de force

Exercice 1

Sur une surface plane nous avons un objet de 11 kg en équilibre. A un instant donné, une force lui est appliquée pour qu'il ait une accélération de 3 m/s 2 . Calculez la valeur de la force appliquée (sans tenir compte du frottement).

Pour obtenir la valeur de la force appliquée sur le corps, il faut utiliser la formule générale de la force :

F=m\cdot a

Nous substituons donc les données de l'exercice dans la formule et calculons sa valeur :

F=11\cdot 3=33\N

Exercice 2

Si une force de 250 N est appliquée à un corps de 15 kg, quelle accélération le corps aura-t-il ?

Pour résoudre ce problème, nous devons également utiliser la formule de la force.

F=m\cdot a

Dans ce cas, on connaît la valeur de la force appliquée et la masse du corps, il faut donc isoler l'accélération de la formule pour trouver sa valeur :

a=\cfrac{F}{m}

Nous substituons maintenant les valeurs de force et de masse dans l'expression et déterminons l'accélération acquise par le corps.

a=\cfrac{250}{15}=16,67 \ \cfrac{m}{s^2}

Exercice 3

Une voiture roule à une vitesse de 40 km/h et le conducteur de la voiture voit qu'il y a un accident devant lui. En supposant que la voiture s'écraserait dans 6 secondes et que le poids de la voiture ainsi que celui du conducteur est de 850 kg, quelle force les freins doivent-ils exercer pour arrêter la voiture à temps ?

Tout d'abord, nous convertissons la vitesse de la voiture en unités du système international en faisant un facteur de conversion :

40 \ \cfrac{km}{h} \cdot \cfrac{1000 \ m}{1 \ km}\cdot\cfrac{1 \ h}{3600 \ s}=11.11 \ \cfrac{m }{ s}

Il faut maintenant calculer l’accélération que doit avoir la voiture pour s’arrêter à temps. Pour ce faire, nous utilisons la formule d'accélération :

a=\cfrac{v_f-v_i}{t_f-t_i}=\cfrac{0-11.11}{6-0}=-1.85 \ \cfrac{m}{s^2}[/ latex] Et une fois que l'on connaît la masse du système et l'accélération que doit prendre la voiture, on peut obtenir la force que doivent exercer les freins avec la formule de force : [latex]F=m\cdot a=850\cdot (-1,85)=-1572,5 \ N

La force résultante a un signe négatif car elle doit être appliquée dans le sens opposé au mouvement de la voiture pour l’arrêter.

Formules d'autres forces

En physique, il existe de nombreux types de forces et certaines d’entre elles sont calculées à l’aide d’autres formules. Vous trouverez ci-dessous les formules des forces les plus importantes.

  • La formule de la force de poids , c'est-à-dire la force que la Terre exerce sur un corps, est le produit de la gravité (g=9,81 m/s 2 ) et de la masse dudit corps.

P=m\cdot g

  • La formule de la force gravitationnelle produite entre deux corps est le produit de la constante gravitationnelle (G=6,672·10 -11 N·m 2 /kg 2 ) par les masses des deux corps divisée par le carré de la distance qui sépare les deux corps. des corps.

F_G=G\cdot \cfrac{m_1\cdot m_2}{r^2}

  • Dans la formule de la force de frottement, le coefficient de frottement est multiplié par la force normale.

F_R=\mu\cdot N

  • La formule de la force élastique (ou loi de Hooke) est équivalente à la constante caractéristique du ressort multipliée par la variation de longueur subie par ledit ressort.

F_k=k\cdot \Delta x

  • La formule de la force centripète , c'est-à-dire la force qui pousse un corps dans une courbe, est la masse du corps multipliée par sa vitesse au carré par le rayon de courbure.

F_n=m\cdot \cfrac{v^2}{r}

  • La formule de la force électrique avec laquelle deux charges s'attirent ou se repoussent est égale à la constante de la loi de Coulomb (9·10 9 N·m 2 /C 2 ) multipliée par les valeurs des charges électriques divisées par la distance entre les au carré.

F_E=K\cdot \cfrac{q_1\cdot q_2}{r^2}

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