On appelle force toute cause capable de produire une déformation ou bien de produire un mouvement ou de modifier un mouvement déjà existant.

Introduction

Les forces peuvent s’exercer à distance ou par contact ; elles peuvent être de natures très diverses : gravitationnelles (attraction que deux corps quelconques exercent l’un sur l’autre), électrostatiques (actions mutuelles de corps porteurs de charges électriques), électromagnétiques (actions des champs magnétiques sur des conducteurs parcourus par des courants électriques), élastiques (dues à la déformation de certains corps), hydrodynamiques, aérodynamiques (actions exercées par les liquides ou les gaz sur les corps en mouvement par rapport à eux), etc. Toute force est caractérisée par son point d’application, sa direction et son intensité. Elle est représentable par un vecteur dont la longueur dépend de l’échelle adoptée. Composer deux forces, c’est remplacer ces deux forces par une force équivalente, c’est-à-dire produisant les mêmes actions dynamiques (création ou modification de mouvement) et éventuellement statiques (déformations). Cette force unique est appelée résultante. Les forces se composent comme les vecteurs. Ainsi, la résultante de deux forces concourantes est représentée par la diagonale du parallélogramme construit sur les vecteurs représentant ces deux forces (fig. 1a) ; la résultante de deux forces parallèles est également, dans le cas général, une force unique. Les figures 1b et 1c donnent la représentation de cette force et les relations auxquelles elle satisfait. Toutefois, dans le cas de la figure 1d, où les forces F₁ et F₂ sont de même intensité et de sens contraire, les relations écrites conduisent à une résultante d’intensité nulle et à une impossibilité pour la détermination du point A. Un tel ensemble de forces ne peut pas être réduit à une force unique : il constitue un couple.

On appelle couple un système de deux forces parallèles, de même intensité mais de sens opposé.

On appelle moment (fig. 2) d’une force par rapport à un point le produit de cette force par la distance du point à sa ligne d’action. Le moment d’un couple donné est le même par rapport à tous les points. Un moment peut être représenté par un vecteur axial. Tout système de forces peut être réduit à une force (résultante générale) et un couple, qui dépend, ainsi que son moment (moment résultant), du point par rapport auquel on effectue la réduction. Si le moment résultant et la résultante générale sont parallèles, ils constituent un torseur. S’ils sont nuls tous les deux, le système de forces est dit « en équilibre ».

Selon le principe fondamental de la dynamique, un corps de masse m soumis à la force F prend l’accélération γ telle que F = mγ.

Cette relation, écrite sans coefficient numérique, permet de relier l’unité de force aux unités de masse et d’accélération. Dans le système international d’unités, l’unité de force est le newton (symbole N) ; c’est la force susceptible de communiquer à une masse de 1 kg une accélération de 1 m/s². Il n’y a pas de nom spécial pour l’unité de couple. On exprime la mesure d’un couple par la mesure de l’intensité des deux forces qui le constituent et par la distance de leurs lignes d’action ; ou bien on indique la valeur du moment du couple, que l’on exprime en mètres-newtons (m.N).

Mesure des forces

Comparaison à un poids

La force de pesanteur, ou poids, constitue un cas particulièrement important des forces gravitationnelles. C’est la force d’attraction que la Terre exerce sur tous les corps. En un lieu donné, cette force communique à tous les corps la même accélération g. Il résulte du principe fondamental de la dynamique qu’en ce lieu un corps de masse m est soumis de la part de la pesanteur à la force mg. Or, g est susceptible d’une détermination extrêmement précise en fonction des unités de longueur et de temps. (V. gravimétrie.) La balance* permet la mesure des masses avec une très grande précision. Le poids mg d’un corps de masse m connue fournit donc une excellente force de référence directement rattachée aux unités de masse, de longueur et de temps. La balance permet de comparer une force inconnue au poids d’un certain ensemble de masses marquées et étalonnées, donc d’effectuer une mesure de force. C’est l’instrument le plus précis pour cette mesure.