Équilibre d’un solide

1. Qu'est-ce que l'équilibre d'un solide ?

Un solide est en équilibre lorsqu'il reste immobile (au repos) par rapport à un repère fixe, comme le sol ou une table. Cela signifie qu'il ne se déplace pas et ne tourne pas.

Pour qu'un solide soit en équilibre, il faut que les forces qui agissent sur lui se compensent parfaitement. On dit qu'elles se font "équilibre" entre elles.

Rappel : qu'est-ce qu'une force ?

Une force est une action mécanique (une poussée, une traction, un poids...) exercée sur un objet. Elle a :

• un point d'application (l'endroit où elle s'exerce),
• une direction (la droite le long de laquelle elle agit),
• un sens (vers le haut, le bas, la droite...),
• une intensité, mesurée en newtons (N).

2. Équilibre d'un solide soumis à deux forces

C'est le cas le plus simple. Un solide soumis à deux forces reste en équilibre si ces deux forces respectent trois conditions :

1. Elles ont la même droite d'action (elles agissent sur la même ligne droite) ;
2. Elles ont des sens opposés (l'une pousse vers le haut, l'autre vers le bas, par exemple) ;
3. Elles ont la même intensité (même valeur en newtons).

On résume souvent cela ainsi : les deux forces sont directement opposées.

Exemple simple

Une lampe suspendue au plafond par un fil est soumise à deux forces :

• son poids P, dirigé vers le bas ;
• la tension T du fil, dirigée vers le haut.

Si la lampe reste immobile, alors : T = P (même intensité), et les deux forces ont la même droite d'action (le fil) mais des sens opposés.

3. Équilibre d'un solide soumis à trois forces

Quand un solide est soumis à trois forces non parallèles, il reste en équilibre si ces trois forces vérifient deux conditions :

1. Leurs droites d'action sont concourantes (elles se croisent toutes en un même point) ;
2. La somme vectorielle des trois forces est nulle : F1 + F2 + F3 = vecteur nul.

On peut vérifier cette deuxième condition graphiquement en traçant les forces "bout à bout" à une échelle donnée : si on obtient une figure fermée (un triangle), alors le solide est en équilibre.

Exemple : le linge suspendu

Binta étend un pagne mouillé sur une corde à linge, à Bouaké. Le pagne, accroché en un point, est tiré par :

• son poids (vers le bas),
• la tension de la corde à gauche,
• la tension de la corde à droite.

Ces trois forces se compensent pour que le pagne reste immobile, suspendu.

4. Méthode pour étudier un équilibre

Pour vérifier ou résoudre un problème d'équilibre, suis ces étapes :

Étape 1 : Identifier le solide étudié Quel est l'objet dont on étudie l'équilibre ? (une balance, une lampe, un panier...)

Étape 2 : Faire le bilan des forces Liste toutes les forces qui agissent sur le solide (poids, tension d'un fil, réaction d'un support, force exercée par une main...).

Étape 3 : Représenter les forces Trace un schéma clair avec des flèches représentant chaque force (point d'application, direction, sens, longueur proportionnelle à l'intensité).

Étape 4 : Appliquer la condition d'équilibre

• Si 2 forces : vérifier qu'elles sont opposées, de même droite et même intensité.
• Si 3 forces : vérifier que les droites se coupent en un point et que la somme est nulle.

Étape 5 : Conclure Dire si le solide est en équilibre ou non, en justifiant avec le vocabulaire physique.

5. Vocabulaire important à retenir

• Poids (P) : force exercée par la Terre sur un objet, dirigée vers le bas.
• Tension (T) : force exercée par un fil ou une corde tendue.
• Réaction (R) : force exercée par un support (table, sol) sur un objet posé dessus.
• Équilibre : état d'immobilité d'un solide soumis à des forces qui se compensent.

6. Pourquoi c'est utile ?

Comprendre l'équilibre d'un solide t'aide à expliquer des situations très courantes : pourquoi une étagère ne tombe pas, pourquoi une balançoire reste stable, ou comment un vendeur ambulant équilibre son plateau de marchandises sur la tête sans qu'il ne bascule !