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Exercices

Sommaire

Je me teste

Exercice corrigé

8

Haltérophilie.

Un athlète soulève une haltère. On choisit cette dernière comme système d’étude :
1.
Quels objets sont en interaction avec l’haltère ?
2.
Peut-on négliger l’une de ces interactions ? Justifie ta réponse.
3.
Quels sont les effets des autres actions mécaniques ?
4.
Représente le DOI de l’haltère.
Doc. 1
Haltérophilie.

Étapes de la méthode

  • Si le système étudié se situe à la surface de la Terre, cette dernière et l’air qui l’entoure font partie des systèmes à considérer dans le diagramme objet-interaction.
  • Certaines interactions sont négligeables. Par exemple :
    ▪ celle avec l’air pour des objets de petit volume ou de grande masse ;
    ▪ celle avec la Terre pour des objets de faible masse.
  • Le système étudié doit être placé au centre du DOI. Les autres objets se placent autour. Seules les interactions non négligeables doivent impérativement être représentées.

Corrigé :

  • L’haltère est en contact avec l’air et la main de l’athlète. Elle est, de plus, soumise à l’attraction de la Terre : ces trois systèmes sont en interaction avec l’haltère.
  • L’air ne déforme pas l’haltère et ne modifie que très peu son mouvement : on peut donc négliger l’interaction air/haltère.
  • L’athlète soulève l’haltère : il la met donc en mouvement. Parallèlement, la Terre attire l’haltère vers le bas ce qui freine et modifie donc son mouvement.
  • L’interaction haltère/air est négligeable : on peut choisir de ne pas la représenter.
    L’interaction haltère/main est une interaction de contact : utiliser une flèche en trait plein.
    La Terre exerce une action à distance : représenter l’interaction haltère/Terre par une flèche en pointillés.

9

Disque en vol.

Une athlète lance un disque.
1.
Quels objets sont en interaction avec le disque pendant son vol ?
2.
Peut-on négliger l’une de ces interactions ? Justifie ta réponse.
3.
Quels sont les effets des autres actions mécaniques ?
4.
Représente le DOI du disque pendant son vol.

Je m'entraine

10

Mouvement d’un voilier.

Pour couvrir à bonne allure de longues distances, rien de mieux qu’une mer calme, un vent fort et régulier et une coque propre ! Celle-ci doit notamment être régulièrement débarrassée des petits organismes marins qui s’y accrochent. Le diagramme suivant présente les interactions du système voilier avec les objets qui l’entourent.
1.
Quelle est la seule interaction exercée à distance ?
2.
Parmi ces interactions, laquelle a pour effet de favoriser la progression du bateau ?
3.
Parmi ces interactions, lesquelles ont pour effet de freiner la progression du bateau ?
4.
De quelle interaction les organismes marins (que l’on associera à la coque) augmentent-ils l’importance ?
Doc. 1
Mouvement d'un voilier.
11

Tafoni.

Les tafoni sont des formations rocheuses, dont la taille va de quelques centimètres à plusieurs mètres, présentes sur certains littoraux. Ils résultent de l’érosion du grès ou du granit par le vent, le ruissellement de l’eau, l’action corrosive du sel ou d’autres agents chimiques.
1.
Parmi les agents de l’érosion cités dans l’énoncé, lesquels ont exercé une action mécanique sur le rocher ?
Doc. 2
Tafoni.
12

Engins de chantier.

Sur les chantiers, on privilégie l’emploi d’engins à chenilles dès que le terrain est meuble (sable, terre) ou boueux afin d’éviter l’enlisement.
1.
À quelle interaction doit-on s’intéresser pour comprendre l’utilisation des engins à chenilles ?
2.
Quelle différence existe-t-il pour cette interaction entre un engin à roues et un autre à chenilles ?
Doc. 3
Chantier.
13

Téléphérique.

On choisit comme système d’étude une cabine de téléphérique.
1.
Avec quel(s) objet(s) est-elle en interaction ?
2.
Parmi ces interactions, la ou lesquelles sont exercée(s) à distance ?
3.
Indique également une interaction s’exerçant de manière localisée.
4.
L’une des interactions te parait-elle négligeable comparées aux autres ?
14

Volleyball et effets des actions mécaniques.

On s’intéresse au système ballon lors d’un smash.
1.
Quel(s) effet(s) l’action mécanique exercée par la main de l’attaquant aura-t-elle ?
2.
L’interaction entre la main et le ballon est-elle localisée ou répartie ?
3.
Cette interaction est-elle une interaction de contact ou à distance ?
15

Tir à l’arc.

On étudie le système « corde de l’arc ».
1.
Avant que celle-ci ne soit lâchée par le tireur, quels objets sont en interaction avec elle ?
2.
Certaines de ces interactions peuvent-elles être négligées ? Si oui, lesquelles ?
16

Grues de chantier.

Les grues permettent le déplacement de lourdes charges sur les chantiers. Le système qu’on choisit d’étudier ici est la charge soulevée par la grue.
1.
Avec quels objets la charge est-elle en interaction ?
2.
Représente le DOI de la charge.
3.
Une interaction peut être négligée : laquelle ?
17

Windsurf.

Lorsqu’on pratique la planche à voile (ou le windsurf), de nombreuses actions sont en jeu.
1.
Quels objets sont en interaction avec le système planche à voile ?
2.
Quelle action est responsable de l’avancée de la planche à voile ?
3.
Cette action est-elle répartie ou localisée ?
18

Véhicule lunaire.

Lors des missions spatiales Apollo, les astronautes américains disposaient pour se déplacer sur le sol lunaire d’un « rover », petit véhicule à quatre roues. On choisit d’étudier le système rover (avec son passager).
1.
Quels objets sont en interaction avec celui-ci ?
2.
Représente le DOI du rover lorsqu’il est sur la Lune.
3.
Quelles différences y aurait-il dans les interactions si le rover se déplaçait sur Terre ?
19

Flottaison d’un voilier.

1.
Si on étudie la flottaison d’un voilier, à quel système doit-on s’intéresser ?
2.
Avec quels autres objets ce système est-il en interaction ?

Une notion, trois exercices

20

Une balle de tennis

Un joueur de tennis frappe une balle avec sa raquette. On considère que le sportif et sa raquette sont deux objets différents.
1.
Trouve les quatre objets qui entourent la balle.
2.
Parmi ces objets, lequel exerce une action à distance sur la balle ?
3.
Indique si le joueur de tennis est en interaction avec la balle et justifie ta réponse.
4.
Représente maintenant le DOI de la balle (en plaçant la balle au centre).
Doc. 1
Tennis.
20

Un train à sustentation magnétique

Les trains à sustentation magnétique sont des trains qui ont la particularité de ne pas reposer sur des rails, mais d’être en lévitation au-dessus d’eux.
1.
Quels sont les trois objets en interaction avec le train ?
2.
Représente le DOI du train.
20

Kitesurf

Les kitesurfers utilisent des voiles de cerf-volant pour se faire tracter par le vent et profiter alors de la glisse sur une planche dérivée du surf. On choisit d’étudier le système kitesurfer (qui se compose de la personne et de sa planche).
1.
Après avoir identifié les objets en interaction avec le surfer, représente le DOI du kitesurfer.

J'approfondis

21

Architecture : la tour Eiffel, c’est dépassé !

Les tours atteignent désormais des hauteurs vertigineuses et plusieurs centaines d’entre elles surclassent désormais l’emblème de Paris. Avec ces hauteurs démesurées (plus de m pour un gratte-ciel de Dubaï), de nouvelles contraintes sont apparues, dont il faut tenir compte: le vent fait ainsi osciller certaines tours de plus d’un mètre à leur sommet.
1.
Représente le DOI d’une tour de grande hauteur.
2.
Décris l’interaction entre le vent et la tour avec les mots du cours.
3.
Quelle solution technique les architectes peuvent-ils proposer pour limiter l’interaction tour/vent ?
22

Maglev L0.

Le train japonais JR-Maglev L0 détient le record de vitesse avec ses 603 km/h. Le précédent record était détenu par le TGV avec 575 km/h. Le train japonais n’est pas en contact direct avec son rail puisqu’il est maintenu en sustentation à quelques centimètres au-dessus de lui par de puissants électro-aimants ! On choisit d’étudier le système Maglev.
1.
Représente le DOI du Maglev.
2.
Quelle interaction mécanique est susceptible de gêner l’avancée du train ?
3.
Quelle solution les ingénieurs ont-ils choisie pour minimiser cette interaction ?
4.
Quelle interaction est modifiée pour ce train par rapport à un train classique ?
Doc. 1
Maglev LO.
23

Architecture.

L’équilibre d’une voute en pierre repose sur le voussoir central (la « clé de voute ») qui est aussi la dernière des pierres posées lors de sa construction. On choisit cette clé de voute comme système d’étude.
1.
Quels objets sont en interaction avec la clé de voute ?
2.
Représente le DOI de la clé de voute.
3.
L’une de ces interactions est-elle négligeable ?
24

Planeur.

Pour prendre de l’altitude, les planeurs ont eu pendant longtemps recours au remorquage par un petit avion au moyen d’un filin (câble). On étudie le filin en tant que système.
1.
Quels objets sont en interaction avec le filin ?
2.
Représente le DOI du filin.
3.
Sur un croquis, représente par une flèche l’action mécanique exercée par l’avion sur le filin.
4.
Ajoutes-y l’action mécanique exercée par le planeur sur le filin.
25

Trampoline.

Un trampoline est constitué d’une toile tendue par des élastiques. On choisit la toile comme système à étudier.
1.
Lorsqu’un enfant s’enfonce dans la toile, quels objets interagissent avec celle-ci ?
2.
Représente le DOI de la toile.
3.
Quel est l’effet de l’action de l’enfant sur la toile lors de cet enfoncement ?
4.
Quel est l’effet de l’action de la toile sur l’enfant lors de cet enfoncement ?
5.
Sur un croquis très simple, représente l’action mécanique modélisée que la toile exerce sur l’enfant.
26

Tir à l’arc.

On choisit d’étudier la corde de l’arc en tant que système juste avant que la flèche ne soit lâchée par l’archer.
1.
Représente le DOI de la corde.
2.
Quelles interactions peuvent être négligées ?
3.
Quel effet l’action du bois de l’arc a-t-elle sur la corde une fois que l’archer la lâche ?
27

Remontées mécaniques.

On choisit comme système la cabine du téléphérique et on négligera l’interaction air-cabine.
1.
Quel objet exerce une action qui attire la cabine vers le bas ?
2.
Quel objet exerce une action qui soutient la cabine ?
3.
Sur un croquis où tu dessineras la cabine, représente l’action mécanique exercée par la Terre sur la cabine.
4.
Représente sur le même croquis, de manière simplifiée, l’action mécanique exercée par le câble sur la cabine.
28

Cerf-volant.

On prend comme système la voile du cerf-volant.
1.
L’interaction air-voile est-elle négligeable ? Justifie ta réponse.
2.
Utilise les mots du cours pour décrire l’interaction entre la ficelle et la voile.
3.
Réalise un croquis du cerf-volant en représentant de manière simplifiée l’action mécanique exercée par la ficelle sur le cerf-volant.
29

Saut à la perche.

On étudie le système perche pendant le saut.
1.
Pourquoi peut-on affirmer que l’action exercée par le sauteur sur la perche est bien une action mécanique ?
2.
Quels objets sont en interaction avec la perche lors du saut ?
3.
Représente le DOI de la perche.
4.
Quelles interactions te semblent négligeables lors du saut ?
30

Sortie dans l’espace.

Lors des sorties extravéhiculaires, un astronaute doit impérativement rester relié au vaisseau sous peine de le voir s’éloigner et de risquer de ne plus pouvoir le rejoindre.
1.
Quels objets interagissent avec l’astronaute sur la photo ?
2.
Représente le DOI de l’astronaute correspondant à la situation de la photo.
Doc. 2
Sortie dans l'espace.
31

Décollage d’une fusée.

Lors du décollage d’une fusée, les moteurs de celle-ci éjectent une énorme quantité de gaz vers le bas. Ces gaz propulsent alors la fusée vers le haut : c’est le principe de réaction.
1.
Décris l’action exercée par les gaz sur la fusée avec les mots du cours.
2.
Réalise un croquis de la fusée au décollage.
3.
Représente par une flèche l’action exercée par les gaz sur la fusée.
32

Descente en rappel.

Pour descendre par ses propres moyens du sommet d’une paroi, le grimpeur a recours à la technique du rappel. Muni d’un frein fixé à son baudrier, il se laisse glisser le long de la corde en contrôlant sa vitesse.
1.
Quels objets interagissent sur le système « grimpeur-frein » ? On négligera l’interaction avec l’air.
2.
Sur le croquis, quelle action mécanique la flèche rouge modélise-t-elle ?
3.
Quelle action mécanique la flèche verte modélise -t-elle ?
4.
Décris les caractéristiques principales de cette action mécanique (point d’application, sens et direction).
Doc. 3
Descente en rappel.

Je résous un problème

Problématique

1.
Schématise le sauteur, l’élastique et les actions mécaniques s’exerçant sur le sauteur pendant le freinage.
Doc. 1
Un bref instant après le début du saut.
Le saut à l’élastique apporte le grand frisson de la chute libre. Celle-ci est ensuite freinée progressivement par l’élastique dès qu’il commence à se tendre. Si l’élastique, entièrement constitué de fils de latex, peut endurer plusieurs centaines de sauts, il est toutefois remplacé bien avant pour la sécurité des pratiquants.
Doc. 2
Le principe.

Parcours de compétences

Parcours de compétences

Laura a frotté une aiguille sur un aimant pendant 30 secondes, puis l’a fixée à une rondelle de liège et l’a posée sur de l’eau dans un bol. Elle remarque que l’aiguille s’oriente toujours selon la même direction et dans le même sens. Son père lui explique que c’est dû à l’action du champ magnétique de la Terre.
1.
Réalise le diagramme objet-interaction d’une boussole.

Niveau 1 - Je complète une représentation qui m’est proposée.

Coup de pouce : Recopie et complète le DOI :

Niveau 3 - Je réutilise les règles apprises pour produire ou transformer des représentations.

Coup de pouce : Complète le DOI en prenant en compte les deux interactions entre la Terre et l’aiguille.

Niveau 2 - Je respecte les consignes pour produire ou transformer une représentation.

Coup de pouce : Ajoute au DOI le cadre et la double-flèche qui concernent la rondelle de liège.

Niveau 4 - Je produis ou je transforme parfaitement des représentations, en choisissant celles qui seront les plus adaptées.

Coup de pouce : Efface les interactions négligeables.

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