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Physique-Chimie 2de

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Exercices




Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Modéliser une action mécanique par une force représentée par un vecteur :
11

Exploiter le principe des actions réciproques :
15
16

Utiliser l’expression vectorielle de la force d’interaction gravitationnelle :
11
DIFF

Utiliser l’expression vectorielle du poids d’un objet :
10

Représenter qualitativement la force exercée par un support sur un corps immobile :
10
15

Pour s'échauffer

Données

  • g=g= 9,81 N\cdotkg-1 ;
  • G=G= 6,67 ×\times 10-11 N\cdotm2\cdotkg-2.
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4
« Norme » en maths… et en physique ?

En mathématiques, on parle de « norme » d’un vecteur. Donner deux équivalents en physique.


5
Connaître l’origine du poids

Rappeler l’origine physique du poids d’un objet sur Terre.


6
Action de contact ou action à distance ?

L’eau liquide des océans permet aux icebergs de flotter.

Déterminer la nature de l’action mécanique mise en jeu.


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7
Là-haut

Un aigle a une masse de 5 kg.

1. Représenter le vecteur poids sans souci d’échelle.
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2. Donner ses caractéristiques.


Supplément numérique

3. Donner les caractéristiques de la force qu’exerce la Terre sur l’aigle.


8
Parquer son char

Une voiture est garée dans une rue en pente à Montréal.

Représenter la résultante des forces de contact exercées par la route sur la voiture.
Couleurs
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9
Masse d’un globule rouge

Calculer la masse d’un globule rouge dont le poids sur Terre est 0,40 pN.
Rappel : 1 pN == 10-12 N.

Pour commencer

Modéliser une action mécanique

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10
Modéliser une force par un vecteur

MATH : Le modèle du vecteur en physique

Léa s’est rendue à la bibliothèque pour étudier l’interaction gravitationnelle. À côté des œuvres de Newton, elle trouve un vieil ouvrage écrit par Galilée. Curieuse, elle l’emprunte et le pose sur sa table.

1. Donner les caractéristiques des forces s’exerçant sur l’ouvrage de Léa.


2. Représenter vectoriellement ces forces en prenant pour échelle de représentation 1 unité pour 2 N.
Lancer le module Geogebra

Données

  • Masse de l’ouvrage de Léa : m=m= 600 g ;
  • g=g= 9,81 N\cdotkg-1.

HISTOIRE DES SCIENCES

Galilée


Galilée (1564-1642) est un mathématicien, physicien et astronome italien. Expérimentateur très adroit, il met au point une lunette permettant des observations astronomiques inédites pour l’époque. Dans Dialogues sur les deux grands systèmes du monde, Galilée traite, entre autres, du mouvement de la Terre et de la gravitation.

Exemples de forces caractéristiques

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11
Exemples de forces caractéristiques

VAL : Apprendre une relation entre grandeurs

La Terre et la Lune sont en interaction gravitationnelle.

Donner la direction, le sens et l’expression littérale de la force qu’exerce la Terre sur la Lune.


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12
La tour de Pise

MATH : Le modèle du vecteur en physique

La tour de Pise

1. Déterminer les forces s’appliquant sur la tour de Pise.


2. Représenter ces forces sur un schéma sans souci d’échelle.
Couleurs
Formes
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3. Hormis les normes, quelles sont les caractéristiques des vecteurs forces mis en jeu ?


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13
Connaître la formule de la force d’interaction gravitationnelle

REA : Effectuer un calcul numérique

Jupiter

1. Rappeler la formule de la valeur de la force gravitationnelle entre deux objets A\text{A} et B\text{B} de masses mAm_{\text{A}} et mBm_{\text{B}} distants de dd. On précisera les unités.


2. Calculer la valeur de cette force dans le cas du Soleil et de Jupiter.


Données
  • mJupiter=m_{\text {Jupiter}}= 1,90 ×\times 1027 kg ;
  • mSoleil=m_{\text {Soleil}}= 1,99 ×\times 1030 kg ;
  • d=d= 7,79 ×\times 108 km ;
  • G=G= 6,67 ×\times 10-11 N\cdotm2\cdotkg-2.
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14
Faire le lien entre poids et force d’interaction gravitationnelle

REA : Effectuer des calculs littéraux et numériques

On considère un corps de masse mm, situé à une altitude hh (distance par rapport à la surface terrestre).

1. Exprimer la valeur de gg en fonction de GG, du rayon terrestre RTerreR_{\text {Terre}}, de la masse de la Terre mTerrem_{\text {Terre}} et de h.h.


2. Calculer la valeur numérique de gg à 12 000 mètres d’altitude (altitude d’un vol long courrier).


Données
  • RTerre=R_{\text {Terre}}= 6,371 ×\times 103 km ;
  • mTerre=m_{\text {Terre}}= 5,97 ×\times 1024 kg ;
  • G=G= 6,67 ×\times 10-11 N\cdotm2\cdotkg-2.

Principe des actions réciproques

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15
Connaître le principe des actions réciproques

REA : Réaliser un schéma

Guilhem est à la piscine et fait la planche. La force qui lui permet de flotter est appelée « poussée d’Archimède ». Elle est verticale et dirigée vers le haut.

1. a. Sans souci d’échelle, représenter cette force.
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1. b. Représenter également la force que Guilhem exerce sur l’eau.

Supplément numérique
HISTOIRE DES SCIENCES

La légende raconte qu’il y a plus de 2 000 ans, Archimède (287 av. J.-C. - 212 av. J.-C.) est sorti des bains publics en s’écriant « Eurêka ! » (traduction de « j’ai trouvé ! » en grec ancien). La raison ? Il venait de comprendre que tout corps partiellement ou totalement immergé dans l’eau subissait une force verticale, dirigée vers le haut et dont la valeur est égale au poids du volume de fluide déplacé par le corps.
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16
Utiliser le principe des actions réciproques

ANA : Décrire un phénomène à l’aide d’un modèle

Baptiste est à la piscine. Il participe à une compétition de 100 mètres nage libre. Au bout de 50 mètres, il fait demi-tour en poussant sur le mur avec ses pieds.

À l’aide du principe des actions réciproques, justifier l’intérêt pour Baptiste d’utiliser le mur pour faire son demi-tour.

Une notion, trois exercices


DIFFÉRENCIATION
Savoir-faire : Utiliser l'expression du poids

Données

  • Terre : gT=g_{\mathrm{T}}= 9,81 m\cdots-2 ;
  • Lune : gL=g_{\mathrm{L}}= 1,62 m\cdots-2 ;
  • Mars : gM=g_{\mathrm{M}}= 3,71 m\cdots-2 ;
  • Vénus : gV=g_{\mathrm{V}}= 8,87 m\cdots-2.

17
Le poids sur Terre et sur la Lune

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REA : Effectuer des calculs littéraux et numériques

Un équipement d’astronaute a un poids de 687 N sur Terre. On cherche à prévoir le poids de cet équipement une fois l’astronaute sur la Lune.

1. Rappeler la formule reliant le poids PP, la masse mm et l’intensité de pesanteur g.g.


2. Réarranger la formule sous la forme m=m= ... .


3. Calculer la masse de l’équipement de l’astronaute.


4. En déduire le poids de l’équipement sur la Lune.


5. Sur quel astre l’équipement sera-t-il le plus facile à transporter ?
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18
Le poids sur Terre et sur Mars

REA : Effectuer des calculs littéraux et numériques

Afin de prévoir si la vie sur Mars peut être envisageable, on cherche à déterminer la différence entre le poids d’un humain sur Mars et sur Terre. Le poids d’un spationaute sur Terre est de 736 N.

1. Calculer le poids du spationaute sur Mars.


2. Commenter la différence entre les deux valeurs.
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19
Le poids sur Terre et sur Vénus

REA : Effectuer des calculs littéraux et numériques

Tout comme la Terre, Vénus est une planète tellurique, on donc peut envisager un voyage en sa direction.

Sachant que le poids d’un équipement de fusée sur Terre est de 543 N, déterminer le poids de ce même objet sur Vénus.


Buzz Aldrin sur la Lune
Buzz Aldrin sur la Lune, 1969.
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