	Pour commencer	Différenciation
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
Utiliser l'expression vectorielle du poids d'un objet :	10	17 18 19
Représenter qualitativement la force exercée par un support sur un corps immobile :	10 15

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Pour s'échauffer

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Donnée

g= 9,81 N\cdotkg^-1 ;
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.

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5
Connaître l'origine du poids

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

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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

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

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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.

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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.

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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 cm pour 2 N.

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Données

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

Histoire des sciences

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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.

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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

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

2. Représenter ces forces sur un schéma sans souci d'échelle.

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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

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

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

Données

m_{\text {Jupiter}}= 1,90 \times 10²⁷ kg ;
m_{\text {Soleil}}= 1,99 \times 10³⁰ kg ;
d= 7,79 \times 10⁸ km ;
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 m, situé à une altitude h (distance par rapport à la surface terrestre).

1. Exprimer la valeur de g en fonction de G, du rayon terrestre R_{\text {Terre}}, de la masse de la Terre m_{\text {Terre}} et de h.

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

Données

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

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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. Sans souci d'échelle, représenter cette force.

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2. Représenter également la force que Guilhem exerce sur l'eau.

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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.

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Une notion, trois exercices
Différenciation

Savoir-faire : Utiliser l'expression du poids.

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17
Le poids sur Terre et sur la Lune

✔ 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 P, la masse m et l'intensité de pesanteur g.

2. Réarranger la formule sous la forme 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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Données

Intensité de la pesanteur sur :

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

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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 peut donc 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.

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Buzz Aldrin sur la Lune, 1969.

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