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Force (physique)
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Force (physique) : encyclopédie physique
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Une force désigne, en physique, l'interaction entre deux objets ou systèmes, une action mécanique capable d'imposer une accélération, ce qui induit une modification du vecteur vitesse (une force exercée sur l'objet fait aller celui-ci plus vite, moins vite ou le fait tourner). Au minimum deux forces exercées sur l'objet sont nécessaires pour induire une déformation de celui-ci. Isaac Newton a précisé ce concept en établissant les bases de la mécanique newtonienne. La base sensorielle de la notion est donnée par la sensation de contraction musculaire.
2 Un concept très utile
3 Le vecteur force
3.1 Le parallélogramme des forces (Relation de Chasles appliquée aux vecteurs forces)
3.2 Le point d'application
3.3 Unité de mesure
4 Quelques exemples de forces
4.1 Forces élastiques
4.2 Pressions
4.3 Forces centrales
4.4 Forces conservatives
4.5 Forces volumiques
5 Force et lagrangien
6 Force, travail et énergie
7 Mesure d'une force
8 Le concept de force et les théories modernes de la physique
9 Les quatre forces de la nature
Le concept de force est ancien, mais il a mis longtemps à obtenir une nouvelle définition utilisable. En effet, à la différence de grandeurs physiques telles que la longueur ou la masse qui sont représentées par des grandeurs scalaires, les forces peuvent être représentées par des vecteurs. Les représentations vectorielles des forces doivent être distinguées des forces proprement dites. Certains philosophes et physiciens, dits opérationnalistes ou instrumentalistes au sujet des forces nient qu'il existe des forces : selon eux les vecteurs de forces utilisés en mécanique sont des outils utiles du physicien, mais ils ne décrivent rien dans la réalité. Un de leurs arguments est que les forces sont imperceptibles. Les réalistes au sujet des forces, à l'opposé, soutiennent que les vecteurs de forces réfèrent à des forces qui existent indépendamment de leur représentation. À l'objection selon laquelle les forces seraient imperceptibles, ils répondent souvent que la perception tactile ou le sens musculaire nous permettent d'expérimenter de telles entités physiques.
Archimède, lors de l'étude du problème du bras de levier, évoquait le poids des corps sans expliquer plus explicitement ce qu'il entendait par là. Lors des études sur les poulies, la notion de force est utilisée confusément comme étant la tension dans les fils. Même le problème du plan incliné ou celui de la chute des corps sont résolus par Galilée sans faire appel explicitement à la notion de force.
Parallèlement, la composition des forces apparaît implicitement dans les travaux de Stevin (De Beghinselen der Weeghconst, 1586). Toutefois, la distinction entre la notion de force et de vitesse ne se fait pas encore, et il faudra attendre les travaux d'Isaac Newton pour avoir une formalisation précise de la notion de force. La définition donnée dans les célèbres Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687) est celle qui est encore acceptée de nos jours.
La définition du concept de force a permis une présentation simple de la mécanique classique par Isaac Newton (lois du mouvement de Newton).
Aujourd'hui, la notion de force reste très utilisée dans l'enseignement et dans l'ingénierie. Pourtant, alors que les moments, l'énergie et les impulsions sont des grandeurs fondamentales de la physique dans le sens où ils obéissent tous à une loi de conservation, la force n'est qu'un artifice de calcul, parfois commode mais dont on peut parfaitement se passer. C'est pourquoi il existe en mécanique analytique, des formulations de la mécanique classique qui n'utilisent pas le concept de force. Ces formulations, a