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Le couple de forces

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Objectifs
  • Identifier un couple de forces.
  • Prévoir le sens de rotation d’un solide soumis à un couple de forces.
Points clés
  • Un couple de forces est un ensemble de deux forces qui ont pour action de mettre en rotation un solide.
  • Ces deux forces ont :
    • des droites d’action distinctes et parallèles ;
    • des sens opposés ;
    • des valeurs égales : F1 = F2.
Pour bien comprendre

Les forces

1. Définition d'un couple de forces

Pour faire tourner un solide autour d’un axe, on utilise souvent deux forces.

Pour avoir une certaine efficacité sur la rotation, on utilise un couple de forces.

Un couple de forces est un ensemble de deux forces qui ont pour action de mettre en rotation un solide. 
Les deux forces d’un couple de forces ont :
  • des droites d’action distinctes et parallèles ;
  • des sens opposés ;
  • des valeurs égales : F1 = F2.

Le couple de forces tend à produire une rotation dans un sens donné et on indique par une flèche courbe le sens de rotation.

Exemple 1 :
Sur la figure ci-contre, l’opérateur applique un couple de forces ( ; ) afin de mettre en rotation la clé en croix.
Couple de forces qui fait tourner la clé.
Exemple 2 :
Ci-contre, l’opérateur n’utilise pas un couple de forces car les droites d’action de  et  ne sont pas distinctes : elles sont confondues.

L’action des deux forces  et  n’a aucune efficacité sur la rotation.
Deux forces qui n’ont aucune action sur la rotation.
2. Identifier un couple de forces et prévoir le sens de rotation d'un solide soumis à ce couple

Méthode :
Avant de pouvoir identifier un couple de forces par rapport à un axe de rotation, il faut :

  • repérer la distance d entre les deux droites d’action et les points d’application des deux forces et les exprimer en mètre (m) ;
  • repérer l’intensité des deux forces en newton (N) et vérifier qu’elles sont identiques ;
  • vérifier que les deux forces ont des droites d’action parallèles ;
  • vérifier que les deux forces ont des sens opposés.


On peut alors prévoir le sens de rotation du solide (dans le sens horaire ou antihoraire).

Exemples de couples de forces :


Action des mains sur un volant de voiture.

Les mains exercent un couple de forces sur le volant qui le fait tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.


Action d’un tournevis sur la vis.

Le tournevis exerce un couple de forces sur la vis qui la fait tourner dans le sens des aiguilles d’une montre.
 
Action d’une main sur un bouchon de bouteille.

Avec la main, on exerce un couple de forces pour tourner le bouchon dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

 

Exemples de forces qui ne forment pas un couple de forces :

Dans le cas où deux forces qui s’appliquent à un solide ne forment pas un couple de forces, le solide peut quand même se mettre en mouvement.

 ne forment pas un couple de forces car leurs droites d’action ne sont pas parallèles.     
 ne forment pas un couple de forces car elles n’ont pas des sens opposés.           
 ne forment pas un couple de forces car leurs droites d’action ne sont pas distinctes.
 ne forment pas un couple de forces car elles n’ont pas la même intensité.          

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