Un fil suspendu à une masse tire vers le haut sur cette masse — et vers le bas sur le plafond. Un fil connecté à une corde de guitare résiste à l'étirement. Dans tous ces cas, le fil exerce une force de traction sur les objets auquel il est attaché. Cette force s'appelle la tension.
La tension T→ est la force exercée par un fil tendu sur un objet auquel il est attaché. Elle est toujours dirigée le long du fil, en s'éloignant de l'objet vers le fil (le fil tire, il ne pousse jamais).
En physique de seconde, on travaille avec le modèle du fil idéal : inextensible (ne s'allonge pas) et de masse nulle (le poids du fil lui-même est négligé). Ce modèle a deux conséquences très importantes.
Dans un fil idéal, la tension est la même en tout point. Si le fil tire avec T = 50 N sur la masse suspendue, il tire aussi avec T = 50 N sur le plafond. Pas de « perte » de tension dans le fil.
Une poulie idéale (sans masse, sans frottement) change simplement la direction de la tension sans en modifier la valeur. Un fil passant sur une poulie avec T = 30 N d'un côté porte exactement T = 30 N de l'autre côté — mais dans une direction différente.
Cas fondamental : une masse m suspendue par un fil, au repos. Deux forces agissent : le poids P→ vers le bas et la tension T→ vers le haut. À l'équilibre (somme des forces = 0) :
Un fil ne peut qu'exercer une traction — jamais une compression. La tension est donc toujours dirigée de l'objet vers le fil. Si tu dessines T→ dans le mauvais sens (vers le bas sur une masse suspendue), c'est faux. Vérifie toujours : le fil tire l'objet vers lui, pas dans l'autre sens.
La tension d'un fil intervient dans de nombreuses situations concrètes : pendule (fil tendu par la masse), treuil et grue (le câble soulève une charge), ascenseur (le câble compense le poids de la cabine et des occupants), pont suspendu (les haubans transmettent les charges du tablier aux pylônes), instruments à cordes (la tension de la corde détermine la fréquence du son).
Méthode : quand un fil est présent dans un problème, commencer par identifier ses deux extrémités, puis dessiner T→ sur chaque objet attaché — toujours dans la direction du fil, en s'éloignant de l'objet. Une poulie ? T conserve la même valeur, juste une nouvelle direction.
Le modèle « fil de masse nulle » devient faux pour les grands câbles. Un câble de pont suspendu a une masse considérable — il prend naturellement la forme d'une courbe mathématique précise appelée chaînette. Elle ressemble à une parabole mais n'en est pas une. Galilée pensait que c'était une parabole — il avait tort. En réalité c'est la courbe y = a·cosh(x/a), où « cosh » est le cosinus hyperbolique. Les ingénieurs du 19ème siècle ont dû maîtriser cette courbe pour construire les grands ponts suspendus comme le Brooklyn Bridge (1883). 🌉