Faits:
A. Le 10 avril 2010, A._, née en 1975, a déposé plainte pénale contre B._, né en 1993, frère de son ex-ami. Elle lui reprochait de l'avoir contrainte à entretenir une relation sexuelle à son domicile le 7 avril 2010.
B. Le 7 décembre 2010, la Présidente du Tribunal des mineurs du canton de Vaud a rendu une ordonnance de non-lieu et a rejeté les conclusions civiles formées par l'intéressée. Elle a estimé que les éléments constitutifs de l'infraction de viol, en particulier l'élément subjectif, n'étaient pas réalisés.
C. Par arrêt du 11 janvier 2011, le Tribunal d'accusation du Tribunal cantonal vaudois (ci-après: le Tribunal d'accusation) a confirmé cette ordonnance. Il a nié l'existence de pressions d'ordre psychique assimilables par leur intensité à de la violence ou à des menaces et a, en outre, estimé que l'élément subjectif de l'infraction de viol n'était pas rempli, l'intimé n'ayant pas réalisé que la recourante n'était pas consentante.
D. Par acte du 10 mars 2011, A._ forme un recours en matière pénale et un recours constitutionnel subsidiaire auprès du Tribunal fédéral, respectivement pour violation de l'art. 190 CP et du principe de l'interdiction de l'arbitraire. Elle conclut à l'annulation de l'arrêt cantonal ainsi que de l'ordonnance de non-lieu du 7 décembre 2010. Subsidiairement, elle requiert le renvoi de la cause à l'autorité précédente pour nouvelle décision. En outre, elle sollicite l'assistance judiciaire.
L'intimé a transmis ses observations dans lesquelles il requiert l'assistance judiciaire et conclut à l'irrecevabilité du recours. Le Tribunal d'accusation et le Procureur général du canton de Vaud ont renoncé à se déterminer.
Considérant en droit:
1. Le Tribunal fédéral examine d'office et librement la recevabilité des recours qui lui sont soumis (ATF 136 V 141 consid. 1 p. 142).
1.1 L'arrêt attaqué confirme le non-lieu en faveur de l'intimé. Rendu en matière pénale (art. 78 al. 1 LTF) par une autorité de dernière instance cantonale (art. 80 al. 1 LTF), il met fin à la procédure pénale (art. 90 LTF). Partant, il peut faire l'objet d'un recours en matière pénale selon les art. 78 ss LTF, qui permet d'invoquer notamment toute violation du droit fédéral, y compris les droits constitutionnels (art. 95 let. a LTF).
La voie ordinaire étant ouverte en l'espèce, le recours constitutionnel subsidiaire est irrecevable (art. 113 LTF). Cela étant, l'intitulé erroné d'un recours ne nuit pas à son auteur, pour autant que les conditions de recevabilité du recours qui aurait dû être interjeté soient réunies (ATF 134 III 379 consid. 1.2 p. 382 et les arrêts cités). Aussi, le grief d'arbitraire invoqué à l'appui du recours constitutionnel subsidiaire peut être traité dans le cadre du recours en matière de droit pénal.
1.2 L'arrêt attaqué a été rendu le 11 janvier 2011. La qualité pour recourir de l'intéressée s'examine par conséquent au regard de l'art. 81 LTF dans sa teneur en vigueur au 1er janvier 2011 (art. 132 al. 1 LTF).
Selon l'art. 81 al. 1 let. a et b ch. 5 LTF, la partie plaignante qui a participé à la procédure de dernière instance cantonale est habilitée à recourir au Tribunal fédéral, si la décision attaquée peut avoir des effets sur le jugement de ses prétentions civiles. Constituent de telles prétentions celles qui sont fondées sur le droit civil et doivent en conséquence être déduites ordinairement devant les tribunaux civils. Il s'agit principalement des prétentions en réparation du dommage et du tort moral au sens des art. 41 ss CO.
En l'espèce, la recourante a participé à la procédure devant l'autorité précédente et a pris des conclusions civiles à l'encontre de l'intimé tendant notamment à l'octroi d'une indemnité pour tort moral de 10'000 fr. Il est par ailleurs évident que le non-lieu prononcé par l'autorité cantonale en ce qui concerne l'infraction de viol est de nature à influencer négativement le jugement des prétentions civiles qu'elle pourrait faire valoir contre l'intimé.
La recourante a donc qualité pour recourir (art. 81 al. 1 let. a et let. b ch. 5 LTF).
2. Dans son grief intitulé "violation de l'interdiction de l'arbitraire" (art. 9 Cst.), la recourante se plaint d'une violation de cette garantie constitutionnelle tant au niveau de l'établissement des faits que de l'application de l'art. 190 CP. Sur ce dernier point, le grief d'arbitraire n'a pas de portée propre par rapport à celui tiré de la violation de l'art. 190 CP qui sera examiné ci-après (consid. 3).
A l'appui de ce moyen, la recourante renvoie à la première partie de son écriture dans laquelle elle présente sur une quinzaine de pages son propre exposé des faits. Elle soutient ensuite que l'autorité précédente n'aurait en particulier pas tenu compte du fait qu'elle aurait signifié clairement son désaccord à l'intimé, qu'elle aurait été l'objet de pressions psychologiques, qu'elle aurait été mise hors d'état de résister, qu'elle aurait adopté un comportement de protection par instinct de survie et enfin qu'elle se serait trouvée dans un état de stress post-traumatique. L'autorité précédente aurait également purement et simplement écarté les explications de sa psychologue. La motivation de l'arrêt entrepris serait enfin contraire aux faits retenus par la Présidente du Tribunal des mineurs.
2.1 Le Tribunal fédéral statue sur la base des faits établis par l'autorité précédente (art. 105 al. 1 LTF). L'art. 105 al. 2 LTF lui permet cependant de rectifier ou compléter d'office les constatations de l'autorité précédente si les faits ont été établis de façon manifestement inexacte ou en violation du droit au sens de l'art. 95 LTF. Cette disposition vise en particulier la violation de l'interdiction constitutionnelle de l'arbitraire (art. 97 al. 1 LTF; ATF 134 V 53 consid. 4.3 p. 62; Message concernant la révision totale de l'organisation judiciaire fédérale du 28 février 2001, FF 2001 p. 4135). Il appartient au recourant de démontrer cette violation, par une argumentation répondant aux exigences de motivation de l'art. 42 al. 2 LTF. A défaut, il n'est pas possible de tenir compte d'un état de fait divergent de celui qui est contenu dans l'acte attaqué. En particulier, le Tribunal fédéral n'entre pas en matière sur des critiques appellatoires concernant l'établissement des faits ou l'appréciation des preuves opérés par l'autorité précédente (ATF 136 II 101 consid. 3 p. 104 s.; 135 II 313 consid. 5.2.2 p. 322 et les arrêts cités).
En matière d'appréciation des preuves et d'établissement des faits, l'autorité tombe dans l'arbitraire lorsqu'elle ne prend pas en compte, sans raison sérieuse, un élément de preuve propre à modifier la décision, lorsqu'elle se trompe manifestement sur son sens et sa portée, ou encore lorsque, en se fondant sur les éléments recueillis, elle en tire des constatations insoutenables (ATF 134 V 53 consid. 4.3 p. 62; 129 I 8 consid. 2.1 p. 9 et les arrêts cités; pour une définition de l'arbitraire cf. ATF 134 I 263 consid. 3.1 p. 266).
2.2 L'argumentation de la recourante - en tant qu'elle s'en prend à l'établissement des faits et à l'appréciation des preuves - est purement appellatoire. La recourante se contente en l'espèce d'opposer sa propre appréciation des moyens de preuve sans démontrer que les considérations de l'autorité cantonale seraient arbitraires. Son grief ne répond pas, sur ce point, aux exigences de motivation rappelées ci-dessus et est, par conséquent, irrecevable.
La recourante soutient également que la motivation développée par l'autorité précédente serait contraire aux faits retenus par la Présidente du Tribunal des mineurs. La recourante ne donne toutefois aucun détail à l'appui de cette affirmation. Elle n'explique en particulier pas en quoi consisterait cette contradiction. Faute de toute motivation, cette critique est, elle aussi, irrecevable. Au demeurant, si l'état de fait de l'arrêt entrepris est certes moins détaillé que celui arrêté par la première instance, il ne le contredit pas. S'agissant en particulier du reproche selon lequel le Tribunal d'accusation aurait, contrairement à la Présidente du Tribunal des mineurs, écarté les explications de sa psychologue, force est de constater que la recourante se contente là encore d'une critique toute générale. Elle n'allègue pas ni ne démontre que les propos de cette psychologue se révéleraient pertinents pour le cas d'espèce.
Cela étant, la Présidente du Tribunal des mineurs a reconnu - en se basant notamment sur le témoignage de cette spécialiste - que la recourante a subi un traumatisme suite aux faits qui se sont produits le 7 avril 2010. L'autorité de première instance a en revanche considéré que, du point de vue subjectif, il n'était pas exclu - compte tenu notamment du comportement de la recourante ainsi que de l'excitation de l'intimé, de son jeune âge et de sa relative inexpérience - qu'il n'ait pas été conscient du refus. Sur ce dernier point, la Présidente du Tribunal des mineurs s'est en partie fondée sur les déclarations de la psychologue. Si l'arrêt entrepris, contrairement à l'ordonnance de non-lieu, ne relate pas expressément les propos tenus par la psychologue au sujet de l'état psychique de la recourante, il ne s'écarte pas des considérations de la Présidente du Tribunal des mineurs. Le Tribunal d'accusation ne conteste en effet pas le fait que la recourante a subi un traumatisme, mais se concentre sur l'examen de l'élément subjectif de l'infraction et confirme que l'intimé n'a pas pu réaliser que la recourante n'était pas consentante. Ainsi, dans la mesure où la recourante n'explique pas en quoi les déclarations de la psychologue pourrait remettre en cause cette appréciation, sa critique doit elle aussi être écartée.
3. La recourante dénonce en outre une violation de l'art. 190 CP. Elle considère que tous les éléments constitutifs de l'infraction de viol seraient réalisés, en particulier l'élément de contrainte. Elle soutient qu'elle aurait signifié à l'intimé son refus d'entretenir une relation sexuelle en lui disant "non" à de nombreuses reprises. Celui-ci aurait insisté malgré le refus clairement exprimé et bien compris. Pour le convaincre, elle lui aurait indiqué qu'elle avait ses règles. Elle estime que le fait que l'intimé n'ait pas respecté son refus du fait de ses règles en lui indiquant qu'il était trop excité pour attendre, constituerait une pression psychologique intense et un acte de contrainte. Elle précise que les pressions psychologiques exercées par l'intimé étaient d'une telle intensité qu'elle a été mise hors d'état de résister, ce qu'aurait confirmé le témoignage de sa psychologue; selon celle-ci, la recourante, dans un état de stress post-traumatique, aurait été figée, tétanisée et hors d'état de résister. Enfin, elle ajoute que l'intimé savait qu'elle n'était pas consentante ou qu'il en a accepté, à tout le moins, l'éventualité.
3.1 Selon l'art. 190 al. 1 CP, se rend coupable de viol celui qui, notamment en usant de menace ou de violence, en exerçant sur sa victime des pressions d'ordre psychique ou en la mettant hors d'état de résister, aura contraint une personne de sexe féminin à subir l'acte sexuel.
L'auteur use de menace lorsque, par ses paroles ou son comportement, il fait volontairement redouter à la victime la survenance d'un préjudice sérieux pour l'amener à céder. Il fait usage de violence lorsqu'il emploie volontairement la force physique sur la victime afin de la faire céder. La mise hors d'état de résister englobe les cas où l'auteur, pour parvenir à ses fins, rend la victime inconsciente, ce qui le dispense de recourir à la menace ou à la violence pour agir sans le consentement de la victime (ATF 122 IV 97 consid. 2b p. 100). Quant aux pressions d'ordre psychique, elles visent les cas où l'auteur provoque chez la victime des effets d'ordre psychique, tels que la surprise, la frayeur ou le sentiment d'une situation sans espoir, propres à la faire céder (ATF 128 IV 106 consid. 3a/bb p. 111; 122 IV 97 consid. 2b p. 100). En cas de pressions d'ordre psychique, il n'est toutefois pas nécessaire que la victime ait été mise hors d'état de résister (ATF 131 IV 167 consid. 3.1 p. 170 s.) Ainsi, une situation d'infériorité physique et de dépendance sociale et émotionnelle peut suffire (ATF 126 IV 124 consid. 3b p. 129 s; 124 IV 154 consid. 3b et c p. 159 ss). La pression exercée doit néanmoins revêtir une certaine intensité provoquant une situation de contrainte. Elle doit atteindre l'intensité d'un acte de violence ou d'une menace (ATF 131 IV 167 consid 3.1 p. 170 s.). L'influence sur la victime doit donc être notable (ATF 131 IV 167 consid. 3.1 p. 170 s.; 128 IV 106 consid. 3a/aa p. 110) et faire apparaître la soumission de celle-ci comme compréhensible (ATF 128 IV 97 consid. 2b/aa p. 100; ATF 126 IV 124 consid. 3c p. 130 et les arrêts cités). Des adultes en possession de leurs facultés mentales doivent être en mesure d'opposer une résistance plus forte que des enfants (ATF 131 IV 167 consid. 3.1 p. 170 s. et les arrêts cités).
Sur le plan subjectif, le viol est une infraction intentionnelle. L'auteur doit donc savoir que la victime n'est pas consentante ou, du moins, en accepter l'éventualité, et il doit vouloir ou, à tout le moins, accepter qu'elle soit contrainte par le moyen qu'il met en oeuvre ou la situation qu'il exploite. Déterminer ce qu'une personne a su, envisagé, voulu ou accepté relève des constatations de faits, qui lient la Cour de céans, à moins qu'elles n'aient été établies de façon manifestement inexacte. Est en revanche une question de droit, celle de savoir si l'autorité cantonale s'est fondée sur une juste conception du dol éventuel et si elle l'a correctement appliquée au vu des éléments retenus (ATF 135 IV 152 consid. 2.3.2 p. 156).
3.2 L'argumentation de la recourante est irrecevable dans la mesure où elle critique l'appréciation des preuves ou s'écarte des faits constatés, sans invoquer, ni démontrer d'arbitraire (cf. consid. 2.1). Tel est notamment le cas lorsqu'elle prétend, de façon péremptoire, qu'elle aurait exprimé son désaccord à l'intimé en lui disant "non" à de nombreuses reprises, qu'elle lui aurait signifié de manière claire et expresse son refus et que le recourant l'aurait clairement compris. De même, lorsqu'elle rapporte qu'au moment des faits, elle se trouvait dans un état de stress post-traumatique, qu'elle était figée, tétanisée et hors d'état de résister.
3.3 L'arrêt attaqué retient, de manière à lier l'autorité de céans, que la relation sexuelle en question s'est produite au domicile de la recourante. Dans un moment de proximité physique entre les intéressés, l'intimé a souhaité qu'ils se déplacent dans la chambre de la recourante. Craignant qu'il ne devienne violent, elle s'est rendue dans cette pièce. L'intimé l'a alors rejoint et a commencé à la déshabiller, puis à la caresser. Elle lui a alors demandé d'arrêter car elle avait ses règles et lui a dit qu'ils feraient l'amour une autre fois. L'intimé a alors rétorqué que son indisposition ne le gênait pas et a insisté verbalement pour qu'ils aient une relation sexuelle. Elle est alors allée chercher un préservatif pour se protéger et les intéressés ont entretenu un rapport sexuel. Il a également été admis que l'intimé n'a pas aperçu que la recourante était terrorisée et n'a pas réalisé qu'elle n'était pas consentante. Il ressort en outre du jugement de première instance que l'intimé était âgé de seize ans et dix mois au moment des faits et était plutôt inexpérimenté, alors que la recourante avait plus de 35 ans.
La recourante reconnaît que l'intimé n'a usé ni de menace ni de violence à son égard. De même, elle n'a pas été mise hors d'état résister au sens de l'art. 190 CP, celle-ci n'ayant pas été rendue inconsciente au moment des faits. Elle soutient en revanche qu'elle aurait fait l'objet de pressions psychologiques intenses. Dans les cas d'adultes doté de la capacité de discernement, la pression psychologique est admise restrictivement, en présence de circonstances particulières (cf. consid. 3.1). Force est de constater que les éléments de fait du cas d'espèce ne suffisent pas pour établir une contrainte psychologique. Aucun élément ne permet en effet de penser que l'intimé a exercé sur la recourante une pression psychologique telle que celle-ci ne pouvait plus opposer la moindre résistance. Si celui-ci a certes insisté verbalement pour entretenir une relation sexuelle, il n'a manifesté aucun signe laissant craindre des actes de violence à l'encontre de la recourante. Au vu des circonstances concrètes du cas d'espèce, le Tribunal d'accusation n'a pas violé le droit fédéral en admettant que l'intéressée ne s'était pas trouvée dans un état de contrainte psychique ou physique au sens de l'art. 190 al. 1 CP.
Quant à l'élément subjectif de l'infraction, l'arrêt attaqué retient que l'intimé n'a pas réalisé que la recourante subissait la relation sexuelle contre son gré. En effet, celle-ci ne lui a pas opposé une résistance clairement reconnaissable tant par la parole que par son comportement. Si cette dernière lui a effectivement exprimé son désaccord dans un premier temps, elle lui a demandé d'arrêter parce qu'elle avait ses règles et a ajouté qu'ils le feraient une autre fois. Elle a ensuite cédé devant l'insistance purement verbale de l'intimé et est allée chercher un préservatif. Aussi, au vu de l'ensemble des circonstances, on ne saurait reprocher à l'intéressé - alors âgé de seize ans et dix mois et plutôt inexpérimenté en la matière - de ne pas avoir interprété l'absence de réaction de la recourante âgée de plus de 35 ans comme un refus. L'autorité cantonale n'a, sur ce point également, pas violé le droit fédéral.
4. Il résulte de ce qui précède que le recours doit être rejeté dans la mesure où il est recevable. La recourante a demandé l'assistance judiciaire et les conditions en sont réalisées (art. 64 al. 1 LTF). Par conséquent, il y a lieu de la dispenser des frais judiciaires et d'allouer une indemnité à son mandataire, désigné comme avocat d'office (art. 64 al. 2 LTF).
L'intimé qui est assisté d'un mandataire peut prétendre à une indemnité de dépens pour l'écriture déposée devant le Tribunal fédéral qu'il y a lieu de faire supporter à la recourante (art. 68 al. 1 et 2 LTF). Cela étant, il convient d'admettre la demande d'assistance judiciaire de l'intimé - qui en remplit les conditions (art. 64 LFT) - étant donné que le risque existe qu'il ne puisse recouvrer les dépens auxquels il a droit. Me Eric Cerottini est désigné comme défenseur d'office et la caisse du Tribunal fédéral lui versera une indemnité à titre d'honoraires d'avocat d'office au cas où les dépens alloués à l'intimé ne pourraient être recouvrés (art. 64 al. 2 in fine LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours constitutionnel subsidiaire est irrecevable.
2. Le recours en matière pénale est rejeté dans la mesure où il est recevable.
3. La demande d'assistance judiciaire de la recourante est admise et Me Bertrand Pariat est désigné comme défenseur d'office. Une indemnité de 1'500 fr. lui est allouée à titre d'honoraires, à verser par la caisse du Tribunal fédéral. Il n'est pas perçu de frais judiciaires.
4. Une indemnité de dépens de 1'500 fr. est allouée à l'intimé, à la charge de la recourante. Au cas où les dépens ne pourraient pas être recouvrés, la caisse du Tribunal fédéral versera à Me Eric Cerottini une indemnité de 1'500 francs à titre d'honoraires.
5. Le présent arrêt est communiqué aux mandataires des parties, au Procureur général et au Tribunal d'accusation du Tribunal cantonal du canton de Vaud.
Lausanne, le 26 mai 2011
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: La Greffière:
Fonjallaz Arn