Quel est l'intérêt du concept de force?

[invitee53284f6]

Bonjour à tous,

Pour décrire les intéractions entre divers constituants de l'univers, par exemple un objet A et un objet B, on dit que de par leurs propriétés intrinsèques (masse, charge, ...), l'objet A exerce sur l'objet B une force qui a pour effet de modifier la quantité de mouvement de l'objet B à un taux . Mais pourquoi introduire le concept de force et ne pas simplement dire que, de par leurs propriétés intrinsèques, l'objet A modifie la quantité de mouvement de l'objet B au taux ?

Sans utiliser la notion de force, on pourrait alors dire par exemple qu'une masse m₁ modifie la quantité de mouvement d'une masse m₂ située à une distance de m₁ au taux ( vecteur unitaire dans la direction de la masse m₁ vers la masse m₂), ou qu'un champ électrique et un champ magnétique modifient la quantité de mouvement d'une charge q se déplaçant à la vitesse au taux .

Qu'est-ce qu'apporte en plus la seconde loi de Newton , à part introduire un concept qui ajoute une étape inutile dans la modélisation d'intéractions physiques?
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[lucas.gautheron]

Bonjour,

ça ne me semble être qu'une question de vocabulaire
d'ailleurs la notion de force est très intuitive
et bien pratique en mécanique statique, non ?

A+,

[LPFR]

Bonjour.
Que faites vous dans votre théorie personnelle (qui ne sont pas acceptés dans ce forum) pour décrire la "chose" qui déforme un ressort ?

Oui. Les physiciens sont des imbéciles qui se plaisent à utiliser des concepts inutiles. Et le premier imbécile, bien sur, fut Newton.

Heureusement que vous êtes arrivé pour leur éclaircir les idées !
Au revoir.

[invitee53284f6]

Pas la peine de prendre la mouche, je vous signale que le sujet du fil est "Quel est l'intérêt du concept de force?", pas "Le concept de force n'a aucun intérêt et les physiciens y compris Newton sont tous débiles". J'attendais une conversation intelligente sur un point qui me semble fondamental, la seconde loi de Newton n'est-elle pas une définition de la force plutôt qu'une loi? Mais apparemment ce n'est pas avec vous que j'aurai cette conversation.

J'ai peut être mal formulé ma question, bien sur que le concept de force a un intérêt en ce sens qu'il nous permet de formaliser des problèmes à notre échelle humaine, mais j'aurais tendance à dire que c'est justement un concept utile pour simplifier les choses plutôt qu'une propriété fondamentale comme peuvent l'être la masse, la charge, la vitesse, l'accélération, .. . Dans l'exemple d'un ressort vertical auquel on suspend une masse par un crochet, on peut dire pour simplifier que la force exercée par la masse déforme le ressort, mais plus fondamentalement ce sont toutes les particules de la Terre qui du fait de leur masse accélèrent la masse suspendue, qui elle-même, par l'intermédiaire des interactions entre ses atomes et ceux du crochet accélère de proche en proche les atomes du ressort jusqu'à ce qu'il soit déformé. On dit que la force exercée par la masse suspendue déforme le ressort, on pourrait aussi dire que la masse suspendue accélère de manière non uniforme les atomes du ressort.

Là où je veux en venir est qu'on peut se passer du concept de force en parlant à la place d'accélération et de quantité de mouvement, alors qu'on ne pourrait pas se passer des concepts d'accélération et de quantité de mouvement sans invoquer d'autres concepts qui leurs seraient équivalents. Et si j'en fais tout un plat c'est qu'il est partout enseigné que "d'après la seconde loi de Newton, la force exercée sur un objet est égale au produit de sa masse par son accélération", ou plus généralement que "la force exercée sur un objet est égale à la dérivée temporelle de sa quantité de mouvement", où masse, accélération et quantité de mouvement sont des notions parfaitement définies alors que la force ne l'est pas. Si la seconde loi de Newton est une définition de la force, pourquoi l'appeler loi?

[A voir en vidéo sur Futura]

[rik 2]

Si la seconde loi de Newton est une définition de la force, pourquoi l'appeler loi?

la seconde loi de Newton n'est pas une définition de la force on l'appelle loi fondamentale de la dynamique; une loi peut être changée mais pas une définition.

[invitee53284f6]

la seconde loi de Newton n'est pas une définition de la force on l'appelle loi fondamentale de la dynamique; une loi peut être changée mais pas une définition.

Quelle est la définition rigoureuse d'une force?

[Rhodes77]

Bonjour,

J'aurais eu tendance à dire, abruptement, que la force est la grandeur à l'origine de la modification d'un mouvement (rectiligne uniforme). Car en vérité, les deux concepts, s'ils sont liés, ne sont pas confondus.
Prenons votre hypothèse : appelons "force subie" la variation de la quantité de mouvement d'un système. Le clavier sur lequel je tape, puisqu'immobile dans le référentiel de mon fauteuil, ne voit pas varier sa quantité de mouvement, n'est soumis à aucune force ? Et si d'un coup je retire ma table, alors une force apparait en ce qu'il se met en mouvement ?
Pour résumer, il convient de scinder le concept de force de celui d'une variation de quantité de mouvement pour pouvoir traiter au moins du cas du système pseudo-isolé. Car la compensation des forces, ce n'est pas comme aucune force. En termes d'effets sur le mouvement, certes, mais pas dans l'idée de subir une force.
Voilà en fait ce qui ne colle pas : subir une force, et subir son effet, sont deux choses distinctes.

Voyez-vous un point faible ?
Bonne soirée.

[rik 2]

Quelle est la définition rigoureuse d'une force?

comme le signale lucas.gautheron la notion de force est très utile en statique; il n'y a pas de déplacement et pourtant il y a des forces -et quelles forces parfois!
Rattacher le concept de force à la dynamique -et uniquement à celle-ci- est réducteur, amha.

[Nicophil]

Bonjour,
Tu commences par la partie II du cours: "Dynamique". Et la partie I: "Statique" alors?? La Statique étudie l'équilibre des forces: pas de mouvement, pas de vitesse, pas d'accélération, encore moins de quantité de mouvement: comment on fait?

[Nicophil]

Cela dit, ton interrogation n'est pas illégitime: cf. http://fr.wikipedia.org/wiki/Lois_du...pe_d.27inertie et http://fr.wikipedia.org/wiki/Force_%...de_la_physique .
Je pense pour ma part que la frontière entre loi et définition est loin d'être évidente.

Tu proposes de remplacer le concept de force par le concept de quantité de mouvement: pourquoi pas après tout? Mais:
1) Si le second n'est pas forcément moins légitime que le premier, il ne l'est en tout cas pas plus.
2) Pour le physicien débutant ou "l'homme de la rue", 'force' est plus "naturel" que 'quantité de mouvement'. D'ailleurs historiquement, on s'est interrogé sur la force depuis des millénaires, alors que c'est seulement depuis le XVIIème siècle qu'on considère la quantité masse*vitesse.

[invitee53284f6]

Bonjour,

J'aurais eu tendance à dire, abruptement, que la force est la grandeur à l'origine de la modification d'un mouvement (rectiligne uniforme). Car en vérité, les deux concepts, s'ils sont liés, ne sont pas confondus.
Prenons votre hypothèse : appelons "force subie" la variation de la quantité de mouvement d'un système. Le clavier sur lequel je tape, puisqu'immobile dans le référentiel de mon fauteuil, ne voit pas varier sa quantité de mouvement, n'est soumis à aucune force ? Et si d'un coup je retire ma table, alors une force apparait en ce qu'il se met en mouvement ?
Pour résumer, il convient de scinder le concept de force de celui d'une variation de quantité de mouvement pour pouvoir traiter au moins du cas du système pseudo-isolé. Car la compensation des forces, ce n'est pas comme aucune force. En termes d'effets sur le mouvement, certes, mais pas dans l'idée de subir une force.
Voilà en fait ce qui ne colle pas : subir une force, et subir son effet, sont deux choses distinctes.

Voyez-vous un point faible ?
Bonne soirée.

Bonjour,

Quand vous dites que la force est la grandeur à l'origine de la modification d'un mouvement, vous donnez un exemple parfait de ce à quoi je faisais référence dans mon premier post : pourquoi ne pas dire simplement que c'est une masse (ou une charge, ou ...) qui est à l'origine de la modification d'un mouvement? En disant qu'une force, qui est produite par une masse/charge, est à l'origine de la modification d'un mouvement, on introduit une étape artificielle qui n'est pas nécessaire pour expliquer le mouvement.

Pour le reste, c'est évidemment la somme vectorielle des forces subies qui est égale à la variation de la quantité de mouvement. Dans mon premier post j'ai considéré sans le dire qu'il y avait une seule force mise en jeu. Du coup je commence à comprendre ce que vous me dites : résultante des forces et variation de quantité de mouvement sont confondues, mais pas force et variation de quantité de mouvement. Je suis également d'accord avec le fait que la compensation de forces n'est pas la même chose qu'aucune force, mais encore une fois le concept de force n'est utilisé que parce qu'il nous est attrayant à notre échelle, au niveau macroscopique. Si on appuie sur une table avec nos mains, à nos yeux rien ne bouge : on dit alors qu'on exerce une force sur la table et que la table exerce une force de réaction opposée sur nos mains. Mais au niveau microscopique il se passe des choses : les atomes de la table sous nos mains sont accélérés vers le bas par la répulsion électromagnétique entre les atomes de nos mains et les atomes de la table. Ces atomes qui sont accélérés vers le bas se rapprochent des atomes juste en-dessous qui les réaccélèrent vers le haut, et ce faisant la "deuxième couche" d'atomes est accélérée vers le bas et ainsi de suite.

Ce qui me gêne c'est que la notion de force soit introduite comme une propriété fondamentale alors qu'elle ne décrit rien de fondamental, et de plus elle obscurcit parfois la réalité. Par exemple si on considère des objets à masse constante, on peut dire simplement qu'une masse m₁ située à une distance r de m₂ subit une accélération vers m₂, et qu'une charge q₁ de masse m située à une distance r d'une charge q₂ subit une accélération vers q₂. En disant ça on a tout dit, et à aucun moment on a besoin de la notion de force pour arriver à ces résultats qu'on peut déduire d'observations et d'expériences.

[invitee53284f6]

Cela dit, ton interrogation n'est pas illégitime: cf. http://fr.wikipedia.org/wiki/Lois_du...pe_d.27inertie et http://fr.wikipedia.org/wiki/Force_%...de_la_physique .

Effectivement, et le prix nobel de physique 2004 Frank Wilczek partage un point de vue similaire (voir http://web.archive.org/web/200602151...ss-10/p11.html ). Manifestement j'ai du mal à faire passer mes idées.

[Nicophil]

Bien. Et d'ailleurs quel est l'intérêt de ? quel est l'intérêt de ?

[invitee53284f6]

Bien. Et d'ailleurs quel est l'intérêt de G? quel est l'intérêt de ?

Des constantes qui apparaissent du fait de notre système d'unités de mesure (le mètre pour la distance, le kg pour la masse, le coulomb pour la charge). On pourrait très bien choisir un système d'unités de sorte qu'on ait et dans les exemples du post précédent, mais c'est un peu tard pour changer n'est-ce pas

[invite76543456789]

Salut

Manifestement j'ai du mal à faire passer mes idées.

Personellement chuis assez d'accord avec toi, on a du mal a donner une définition du concept de force qui ne soit pas circulaire. D'ailleurs en pratique on peut d'en passer completement (et c'est d'ailleurs ce qui est fait en physique moderne).

[Nicophil]

Je pense qu'à travers les lois de Newton se dégageait l'idée que la force est plus fondamentale que la masse. La force ou... la quantité de mouvement, car finalement c'est un peu la même chose: comme tu l'as dis, la force est un taux de variation de la quantité de mouvement, donc c'est presque juste une question de dénomination.
La révolution de Newton a consisté à définir la quantité masse*vitesse comme fondamentale, peut-être plus fondamentale que la masse elle-même.
Le débat était Force (ou Quantité de mouvement ce qui revient à peu près au même) vs. Masse .

Au XXème siècle, Energie a clairement supplanté Force et Masse: le débat est réglé par K.O.

Mais n'empêche que la vieille Force n'est pas morte: en témoignent les questions fréquemment posées ici-même sur le thème: "j'ai du mal à voir ce qu'est l'énergie potentielle": en effet, rien ne ressemble plus à un objet avec une faible énergie potentielle que le même objet avec une énergie potentielle élevée... Quelle est donc leur différence? c'est leur position dans le champ.
Mais dans le champ de quoi?? dans le champ... de force!

[Nicophil]

Par ailleurs, d'un point de vue différent (j'y pense seulement maintenant):

On peut considérer qu'après avoir défini le principe d'inertie dans sa première loi, Newton ne fait pas autre chose dans sa deuxième loi que de définir le concept de masse inertielle, telle que: m=F/a : à partir, donc, des concepts de force et d'accélération.

[dolan-duck]

Salut à toi pakm,

Ta question est pertinente.
Si je peux te conseiller une bonne lecture sur ce sujet : "L'évolution des idées en physique" écrit par M. Albert Einstein lui même. C'est un bouquin assez court, très intéressant et accessible qui traite ton problème.
Comme tu l'as dis, le concept de force à l'avantage d'être très intuitif. Comme dirait le badaud moyen : "c'est un truc qui fait bouger..." .
Et justement, c'est aussi son point faible dans la mesure où il n'y a pas de définition propre (au sens technique) d'une force, sauf dans le cas où elle est conservative.

Pour moi, le PFD (Principe Fondamental de la Dynamique) n'est pas la définition d'une force, mais plutôt une illustration l'effet d'une force. Le PFD est une équation dynamique reliant deux quantités : force et quantité de mouvement.
Alors que la force n'a pas de définition "clean", la quantité de mouvement, tout comme l'énergie ou le moment cinétique sont des quantités qui sont définis très précisément à l'aide des invariances des lois de la physique selon des transformations unitaires simples de l'espace.

Une force a aussi la désagréable idée d'avoir un point d'application pour pouvoir être définie en toute rigueur, ce qui n'est pas hyper pratique lorsqu'on veut étudier des systèmes qui ne sont réductibles en des problèmes ponctuels...
Et là, je rejoins la remarque de MissPacMan : la physique moderne tend rendre complètement obsolète le concept de force au profit d'un outil beaucoup, beaucoup plus puissant : celui de champ. En effet, un champ est défini en tout point de l'espace par une grandeur (scalaire, vectorielle, voire matricielle) donc pas d'histoire de point d'application, et ce sont les variations spatiales et temporelles du champ qui influent sur la quantité de mouvement et la trajectoire du système.

En espérant que ça t'as un peu aidé...

[triall]

de nicophil

Bonjour,
Tu commences par la partie II du cours: "Dynamique". Et la partie I: "Statique" alors?? La Statique étudie l'équilibre des forces: pas de mouvement, pas de vitesse, pas d'accélération, encore moins de quantité de mouvement: comment on fait?

Bonsoir à tous, en statique, une force peut être comprise comme un bombardement de particules contre un objet de masse M, chaque particule de quantité de mouvement mv cède de la quantité de mouvement qui peut aller jusqu'à 2 mv ...
Si la masse M est fixée à la Terre , c'est la Terre qui reçoit cette quantité de mouvement .
Si cette masse M reçoit le même bombardement de particules de l'autre côté, les 2 forces s'annulent , pas de mouvement...

Une force reçue par un objet M peut ainsi signifier que cet objet reçoit des chocs .L'exemple type est la fusée, qui éjecte des gaz vers l'avant et vers l'arrière, ce sont les gaz qui sont propulsés vers l'avant qui poussent l'appareil ..

[Nicophil]

Qu'est-ce qu'apporte en plus la seconde loi de Newton , à part introduire un concept qui ajoute une étape inutile dans la modélisation d'interactions physiques?

Cette loi définit le concept Masse-inertie, à ne pas confondre avec le concept Masse-grave de la 'Loi d'interaction gravitationnelle'.

on peut dire simplement qu'une masse m₁ située à une distance r de m₂ subit une accélération vers m₂

Non! car Masse-grave et Masse-inertie sont deux concepts différents.

[triall]

Je récidive, on peut (doit) définir une force reçue par un objet comme le nombre de petits chocs et donc quantité de mouvement q.mv (q est un nombre entre 0 et 2 ) reçus par seconde du monde extérieur sur cet objet, sous forme de particules incidentes (de masse m et vitesse v), ou autres . C'est une quantité de mouvement reçue par seconde. . Par exemple un objet qui reçoit n balles de vitesse v par seconde selon un choc mou , subira une force de nmv par seconde ou Newtons
.
Ensuite on utilise f=ma , pour déterminer l'accélération ,qui est bien une loi .
On voit qu'avec ce principe il faut d'abord définir la masse sans passer par la force , sinon cela se mordrait un peu la queue !

[LPFR]

...Mais au niveau microscopique il se passe des choses : les atomes de la table sous nos mains sont accélérés vers le bas par la répulsion électromagnétique entre les atomes de nos mains et les atomes de la table. Ces atomes qui sont accélérés vers le bas se rapprochent des atomes juste en-dessous qui les réaccélèrent vers le haut, et ce faisant la "deuxième couche" d'atomes est accélérée vers le bas et ainsi de suite.
...

Bonjour.
Vous décrivez le moment de l'impact des mains sur la table et les instants qui suivent comme s'il décrivait la situation stable finale.
Qu'est ce qui se passe une heure plus tard ? Aucun atome n'est accéléré. Ils ont pris leurs nouvelles positions en raison de la déformation élastique/plastique de la table dus aux tensions imposées par les "choses" sans nom que nous exerçons sur la table.
Il n'y a plus d'accélération et il y a pourtant des forces.
Votre théorie est absurde et c'est bien pour cela que votre "idée géniale" n'a pas été proposé par personne (ou, du moins, si elle l'a été, elle n'a pas été retenue).
Au revoir.

[stefjm]

Bonjour.
Vous décrivez le moment de l'impact des mains sur la table et les instants qui suivent comme s'il décrivait la situation stable finale.
Qu'est ce qui se passe une heure plus tard ? Aucun atome n'est accéléré. Ils ont pris leurs nouvelles positions en raison de la déformation élastique/plastique de la table dus aux tensions imposées par les "choses" sans nom que nous exerçons sur la table.
Il n'y a plus d'accélération et il y a pourtant des forces.
Votre théorie est absurde et c'est bien pour cela que votre "idée géniale" n'a pas été proposé par personne (ou, du moins, si elle l'a été, elle n'a pas été retenue).
Au revoir.

Bonjour,
Une analogie électrique :
Une maille : la tension aux bornes est nulle, sans pour autant que les tensions mises en jeux le soient.
Un nœud : le courant est nul, sans pour autant que chaque courant le soit.
Cordialement.

[pesdecoa]

Il faut savoir qu'une des inventions de Newton est le concept de vecteur: ajouter une direction à un Scalaire. Les grecs ne connaissaient pas ce concept. Il a permit à Newton de développer sa mecanique.
Il semble que dans ce fil, on souhaite redéfinir la mécanique sans le concept de vecteur. ..

[rik 2]

Au XXème siècle, Energie a clairement supplanté Force et Masse: le débat est réglé par K.O.
...
Mais dans le champ de quoi?? dans le champ... de force!

Une définition rigoureuse de la force pourrait être le gradient d'énergie potentielle: F = grad E_p

[Rhodes77]

Bonjour,

Vous avez bien entendu pour partie raison dans ce que vous dîtes, on le comprend. J'adopte quand même une démarche leibnitzienne en songeant que si les choses sont ce qu'elles sont, c'est que d'autres avant nous les ont trouvées utiles (c'est une philosophie réfutable parmi d'autres). Qu'est-ce qui justifie donc l'introduction de cette notion de force ? Je sais que dans le programme de 2de au lycée, certains ouvrages traitent d'abord de l'action mécanique : l'action qu'exerce un corps sur un autre, concept général et qui découle de l'observation de l'expérience. Et par la suite, ils définissent la force comme étant "le modèle physique de l'action mécanique". Et ce concept a ceci de pratique d'être universel. Tous les frottements d'un fluide sur un corps en mouvement peuvent être représentés par une flèche, d'origine le corps, de direction celle du mouvement et de sens opposé. Après, on va aller chercher une loi en kv ou kv² etc selon l'action (!!) bien particulière qu'on considère mais le petit vecteur qu'on a dessiné revêt un caractère universel pour tous les cas de tous les frottements non moteurs.
En termes de vocabulaire, sauf à relire les Principia, je ne sais même pas si Newton parlait de "force". C'est peut-être un concept assez moderne. Il me semble même qu'à l'époque, la quantité de mouvement était désignée par les termes "forces vives". Voyez l'intrication.
Si bien que si je devais résumer mes deux posts, je dirais ceci :
- force et quantité de mouvement se distinguent à cause du cas de la résultante
- la force est un concept général
- c'est un modèle pour les actions mécanique.

En ce qui concerne le cours, je ne crois pas qu'il conviennent de commencer par la dynamique pour ensuite traiter la statique. C'est comme tous les autres chapitres : on commence par parachuter les notions indispensables, qu'il faut faire admettre, car pour les comprendre, il faudra avancer dans le cours. Historiquement parlant, la notion de force a émergé à long terme. La faire "intuiter" à son sens mécanique n'est pas "possible ab nihilo.

Bonne journée.

[lucas.gautheron]

Bonjour,

Une définition rigoureuse de la force pourrait être le gradient d'énergie potentielle: F = grad E_p

Et les forces non conservatives ?

A+,

[Rhodes77]

Une définition rigoureuse de la force pourrait être le gradient d'énergie potentielle: F = grad E_p

Bonjour,

Pourriez-vous désormais définir l'énergie alors ? Et ce sans invoquer la notion de force bien sûr, sans quoi vos définitions se mordraient la queue.

Bonne journée.

Remarque : F = - grad Ep. Il vous manque le signe -

[triall]

Bonjour, je crois que la masse a d'abord été définie comme la quantité de matière , en comparant différents volumes de matières sur une balance Roberval par exemple .L'eau étant pour cela le "client " idéal, car on peut mesurer la quantité de matière d'eau avec des longueurs . Ce n'est pas pour rien si 1 décimètre cube d'eau fait 1 kg .Ainsi une masse d'1 kg pourrait être définie comme la quantité de matière d'1 litre d'eau à 20° , on peut ensuite étalonner des masses du gramme au kilo , en les comparant toujours sur cette balance Roberval . Une telle balance calcule bien la masse, sur la Lune avec des poids -étalons, on calculerait la même masse d'un objet .
La notion de force peut alors être développée comme d(mv)/dt.....et c'est parti !

[LPFR]

Bonjour Triall.
Je vous demande de laisser la masse en paix dans cette discussion.
Déjà elle Hors Charte car il s'agit d'une théorie personnelle et je suis depuis le début, incliné à la fermer.
Si vous voulez discuter de la définition de masse, je vous demande d'ouvrir une nouvelle discussion.
Pour la modération.