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Physique-Chimie 2de

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Exercices




Pour s'entraîner

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18
La gyroroue en QCM

APP : Maîtriser le vocabulaire de cours

Une gyroroue est soumise à deux forces : son poids (dirigé vers le bas) et la réaction du sol sur les roues. Cette dernière est la somme de deux composantes : une perpendiculaire au sol (dirigée vers le haut) et la force de frottements (dirigée vers l’arrière).

Gyroroue


1. Les deux forces dont la somme est nulle sont :




2. La gyroroue avance vers la droite et son utilisateur se tient bien droit de sorte que le moteur ne soit pas en marche. D’après la somme des forces :


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23
Descente en parachute

ANA : Utiliser un graphique pour répondre à une problématique

Un parachutiste saute sans vitesse initiale d’un hélicoptère en vol stationnaire. Après quelques secondes en chute libre, il ouvre son parachute. Les frottements dus à l’air sur la toile s’expriment par une force opposée au mouvement, dont la valeur est proportionnelle au carré de la vitesse : f=kv2f=k \cdot v^{2}, avec ff la force de frottements, kk le coefficient de frottements et vv la vitesse.

Phases mouvement


1. Décrire les différentes phases du mouvement.


2. Comment varie la norme du vecteur vitesse entre 0 et 15 s ? Commenter.


3. À quelle(s) force(s) est soumis le système entre 0 et 12 s ?


4. Lorsque le parachute est ouvert, k=k= 10 N·s2·m-2. Calculer l’intensité de la force de frottements à l’instant où le parachutiste ouvre son parachute


5. Expliquer le mouvement à partir de la date t=t= 16 s.


6. Calculer la valeur du coefficient de frottements à t=t= 20 s.


Données
  • Masse du parachutiste avec son parachute : m=m= 90 kg ;
  • Intensité de la pesanteur sur Terre : g=g= 9,81 N·kg-1.

Données

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Toutes les études de mouvement de la partie Pour s’entraîner se font dans le référentiel terrestre, considéré galiléen.

L’intervalle de temps entre deux points est de 0,1 s.
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19
Le halage

MATH : Le modèle du vecteur en physique

Pour tirer une péniche sur un chemin de halage, deux chevaux exercent chacun une force d’intensité 900 N, et dont la direction fait un angle de 45° avec le sens de déplacement de la péniche (schéma ci-dessous). Les forces de frottements dues à l’eau et à l’air sont regroupées sous une seule même force de frottements FF\vec{F}_{\mathrm{F}} dont la direction est celle du mouvement et de sens opposé.

Péniche et chemin de halage


1. À quelles forces est soumise la péniche ? Représenter ces forces, sur un schéma (en vue de profil) sans soucis d’échelle.
Couleurs
Formes
Dessinez ici


2. Lorsque la péniche prend de la vitesse, ces forces se compensent-elles ? Justifier.


3. La péniche est maintenant tirée par un bateau. Par une construction géométrique, représenter la force que le bateau doit exercer pour que la péniche conserve le même mouvement. Déterminer l’intensité de cette force.
Couleurs
Formes
Dessinez ici

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21
Copie d'élève à commenter

Proposer une justification pour chaque erreur relevée par le correcteur.

Une savonnette est lancée sur un sol humide. Le mouvement de la savonnette est rectiligne décéléré.

1. La savonnette est soumise à son poids et à la force du sol sur la savonnette. Incomplet.

2. La somme des forces a le même sens et la même direction que le déplacement.

3. Le vecteur vitesse ne varie pas car le mouvement est rectiligne.

4. Le principe d’inertie est vérifié car le mouvement est rectiligne. À revoir.
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22
Le ventriglisse

MATH : Le modèle du vecteur en physique

Ventriglisse


Le ventriglisse est une discipline qui consiste à s’élancer sur une bâche recouverte d’eau savonneuse. Il existe une fédération française de ventriglisse créée en juillet 2018, dont l’objectif un peu loufoque est d’en faire une discipline olympique en 2024. Oliver dont la masse est de 70 kg s’élance avec une vitesse initiale de 5 m\cdots-1 sur une piste rectiligne dans le référentiel terrestre. Les frottements de la bâche sont considérés comme négligeables.

1. À quelles forces est soumis Oliver ?


2. Représenter ces forces sur un schéma avec pour échelle 1 carreau pour 200 N.
Lancer le module Geogebra

3. Que peut-on en déduire de la trajectoire d’Oliver ?


4. Que se passerait-il si la piste était infinie ? L’approximation faite sur les frottements est-elle réaliste ?
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20
Une expérience de pensée de Galilée

ANA : Proposer une hypothèse
COM : Rédiger une réponse argumentée

Pour le philosophe grec Aristote (384–322 av. J.-C.), les corps lourds ont une tendance naturelle à aller vers le bas. Et plus leur masse est importante, plus leur chute est rapide.
Expérience imaginaire 1 : Supposons que soient placés à 5 mètres de hauteur un boulet de type A de 5 kg ainsi qu’un boulet de type B de 10 kg, qu’on lâche simultanément.

Expérience de Galilée du haut de la tour de Pise

Expérience de Galilée du haut de la tour de Pise.


1. En s’appuyant sur l’affirmation d’Aristote, quel boulet atteindra le sol en premier ?


Expérience imaginaire 2 : Supposons qu’on attache à l’aide d’une corde un boulet de type A avec un autre de type B, et que ce nouveau système appelé C soit lâché au même instant qu’un boulet B, toujours à 5 mètres de hauteur.

2. Dans le système C, les deux boulets atteindront-ils le sol en même temps ? Vu qu’ils sont attachés l’un à l’autre, quel boulet risque de ralentir l’autre dans sa chute ? En déduire lequel des systèmes B ou C atteindra le sol avant l’autre dans l’expérience imaginaire 2.


3. En comparant les masses du système C et du boulet B isolé, lequel devrait atteindre le sol en premier d’après Aristote ?


4. Les conclusions des questions 2 et 3 sont-elles compatibles ? Que dire alors de l’affirmation d’Aristote ?


5. Quelle loi physique peut-on alors déduire de cette expérience de pensée ?

Supplément numérique
B
Étude de trajectoire

APP : Maîtriser le vocabulaire de cours

Une luge d’été descend une piste en métal. On considère l’étude de son mouvement ci-dessous.

Tracé du mouvement d'une luge d'été

1. Décomposer et décrire le mouvement en trois parties distinctes.


2. Comment évolue le vecteur vitesse sur chaque partie horizontale ?


3. En déduire si les forces qui s’exercent sur la luge se compensent sur une de ces parties et citer laquelle.


4. Calculer la vitesse instantanée d’un point rouge.
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Comprendre les attendus

17
Lévitation

MATH : Le modèle du vecteur en physique

La lévitation est le fait pour un objet de rester en suspension au-dessus du sol, sous l’effet d’une force qui vient compenser la force de pesanteur. On étudie le phénomène de lévitation d’une petite bille métallique, en négligeant l’action de l’air devant les autres actions.

Un aimant en lévitation au-dessus d’un
supraconducteur.

Un aimant en lévitation au-dessus d’un supraconducteur.


1. Faire le bilan des deux forces s’exerçant sur la bille dans le référentiel terrestre.


2. La bille étant immobile, que peut-on déduire des forces qui agissent sur elle ? Justifier.


3. Lorsque la bille est en lévitation, faire un schéma de la situation en prenant comme échelle 1,0 cm pour 0,80 N.
Couleurs
Formes
Dessinez ici


Données

  • Intensité de la pesanteur sur Terre : g=g= 9,81 N·kg-1 ;
  • Masse de la bille : m=m= 280 g.


Détails du barème
TOTAL /5 pts

1 pt
1. Trouver les deux forces en s’aidant de l’énoncé.
1 pt
2. Utiliser le principe d’inertie.
0,5 pt
3. Donner la relation liant le poids à la masse.
0,5 pt
4. Faire l’application numérique avec la bonne unité.
1 pt
5. Utiliser la question 2 pour donner la valeur de la deuxième force avec la bonne unité.
1 pt
6. Dessiner les forces à l’échelle.
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