Fiche de révision
Physique

Équilibre d’un solide soumis à trois forces

Un panneau tenu par deux câbles : trois forces, et pourtant rien ne bouge.

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Fiche de révision de Physique : « Équilibre d’un solide soumis à trois forces », proposée par ndolomath.com

Équilibre d’un solide soumis à trois forces

💡 Idée principale : un solide soumis à trois forces non parallèles est en équilibre si ces forces sont coplanaires, concourantes et si leur somme vectorielle est nulle.
Étapes résumées
  1. Les trois droites d’action se coupent en un même point.
  2. Les trois forces sont dans un même plan.
  3. F→1+F→2+F→3=0→.
  4. On résout par la construction graphique ou par projection sur des axes.

Les conditions

Trois conditions

  • Forces coplanaires.
  • Droites d’action concourantes.
  • Somme vectorielle nulle : le dynamique des forces est fermé.

1. Solide sur un plan incliné

Le poids P→ est vertical.
La réaction R→ du plan.
La tension T→ d’un fil parallèle au plan complète l’équilibre.
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2. Comprendre : le triangle des forces

Quand trois forces se compensent, on peut les dessiner bout à bout : l’extrémité de la dernière revient exactement au point de départ, et l’on obtient un triangle fermé. Cette construction graphique est très pratique : avec une règle et un rapporteur, on trouve l’intensité des forces inconnues.

Méthodes de résolution

Méthode graphique

On trace les vecteurs bout à bout : ils forment un triangle fermé.
ou

Méthode analytique

On projette ∑F→=0→ sur deux axes Ox et Oy.
Exemple guidé

Énoncé

Un solide de poids 20 N est maintenu sans frottement sur un plan incliné de 30° par un fil parallèle au plan. Calcule la tension T et la réaction R.

Solution

Projection sur l’axe du plan : T=Psin⁡30°=20×0,5=10 N.
Projection perpendiculaire : R=Pcos⁡30°≈17,3 N.

Le panneau suspendu

Exercice type

Un panneau de poids 200 N est suspendu par deux câbles symétriques faisant chacun 30° avec la verticale. Calcule la tension T de chaque câble.

Solution :
On projette sur l’axe vertical : 2Tcos⁡30°−P=0.
T=P2cos⁡30°=2002×0,866≈115 N.
Plus l’angle est grand, plus la tension augmente.
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1

Inventorier

Les trois forces et leur point d’application.
2

Vérifier

Que leurs droites d’action sont concourantes.
3

Projeter

Sur deux axes perpendiculaires.
4

Résoudre

Le système de deux équations.

À toi de jouer

1. Que forment trois forces en équilibre tracées bout à bout ?
2. Les droites d’action de trois forces en équilibre sont-elles quelconques ?
3. P = 40 N, pente 30°, sans frottement : tension du fil parallèle ?

Réponses : un triangle fermé · non, concourantes · 20 N. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.

Erreurs fréquentes

  • Ne confonds pas sinus et cosinus : dessine l’angle avant de projeter.
  • Sans frottement, la réaction est perpendiculaire au plan.
  • Choisis des axes adaptés pour simplifier les projections.

Méthode

Bilan des forces, schéma, axes judicieux, projection, puis résolution du système.
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