La force de frottement et la force normale

La force normale

La force normale est la force exercée par un objet sur une surface en contact avec celui-ci. C'est la force qui empêche l'objet de s'enfoncer dans la surface.

La force normale représente la force de réaction (principe d’action-réaction) d’une surface empêchant un objet qui s’enfonce dans cette surface. 

On utilise la formule suivante pour trouver la normale

|F=mg\cdot cos\alpha|
 
F représente la force normale
m représente la masse en kg
g représente la constante gravitationnelle
|\alpha| représente l'angle de la pente du plan

Il est important de se rappeler que la force normale doit toujours être perpendiculaire à la surface. 
Force normale


Comme on peut le voir sur l’image ci-dessus, la force de gravité devrait normalement accélérer l’objet vers le bas. Toutefois, la table garde l’objet immobile en exerçant une force vers le haut qui vient annuler la force de gravité. Cette force exercée par la table est appelée force normale.

Force normale sur un plan incliné

Dans l’exemple suivant, la force de gravité n’est pas perpendiculaire au sol. C’est pourquoi on devra déterminer la force de gravité perpendiculaire (en bleu sur le dessin) au sol pour ensuite déterminer la force normale (en vert sur le dessin).  La force normale sera de la même grandeur, mais de sens opposé à la force gravitationnelle perpendiculaire.

Le frottement

Le frottement est une force créée par l’interaction de deux surfaces en contact qui glissent l’une sur l’autre.  La force de frottement s’oppose toujours au mouvement.Il existe deux facteurs qui influencent la grandeur de la force de frottement.

  • Il faut considérer les types de matériaux qui sont en contact.

Deux blocs de bois ont une force de frottement plus faible qu'un morceau de bois et du papier sablé.

  • Il faut tenir compte de la forme des objets qui se déplacent.

Une roue a un frottement plus faible car sa surface de contact est faible avec le sol.


La force de frottement se calcule par la différence entre la force motrice et la force résultante.

force de frottement = force motrice - force résultante

L’équation qui permet de calculer une force de frottement est la suivante:

Les coefficients de frottement

Il existe deux types de coefficients de frottement :

1) le coefficient de frottement statique associé au frottement statique concerne les objets qui sont immobiles;

2) le coefficient de frottement cinétique associé au frottement cinétique concerne quant à lui les objets qui sont en mouvement.
 
On les représente avec les symboles suivants :

 
Il existe des tables de références pour déterminer les coefficients statiques et cinétiques des matériaux.  Voici quelques coefficients utiles.


 
Exemple: Utilisation du coefficient de frottement statique

On essaie de mettre en mouvement une caisse de bois ayant un poids de 300 N sur un plancher de bois franc, et ce avec une force de 200 N.  La caisse se mettra-t-elle en mouvement?

Déterminons d’abord la force de frottement maximale que la caisse peut avoir avec le sol.  Pour ce faire, on doit évaluer la force normale. Or, comme la caisse exerce une force de 300 N vers le bas à cause de la gravité, le sol réagira en exerçant une force de 300 N vers la caisse, ce qui représentera la force normale. Le tableau ci-dessus nous indique que le coefficient de frottement (statique) entre le bois et le bois est de 0,58.

 

La force de 200 N est donc suffisante pour mettre la caisse en mouvement malgré le frottement.

Cependant, on devra changer le coefficient de frottement statique en coefficient de frottement cinétique aussitôt que la caisse sera en mouvement.

Les exercices

Les références

  • MELS
  • Rogers
  • Réunir Réussir
  • Fondation Réussite Jeunesse