Exercices

Toutes les études de mouvement de la partie Pour aller plus loin se font dans le référentiel terrestre, considéré galiléen.

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Analyse de films

✔ VAL : Appliquer une relation entre grandeurs physiques

Levée de vaisseau dans Star Wars

Dans la saga Star Wars, les Jedis peuvent lever un vaisseau à distance et le maintenir immobile en l’air, grâce à une force imaginaire qui s’appelle… la Force. La masse du vaisseau est $m_{\text{vaisseau}}=$ 10 000 tonnes et l’intensité de pesanteur sur la planète Dagoba est $g_{\text{Dagoba}}=$ 10,4 N$\cdot$kg^-1.

1. Quelle Force Yoda doit-il appliquer pour garder un vaisseau immobile en l’air sur la planète Dagoba ? On considère que le vaisseau n’est soumis qu’à son poids.


Le casque dans Gravity

Dans le film Gravity du réalisateur Alfonso Cuaron, Sandra Bullock retourne sur Terre dans une capsule qui tombe vers la Terre. Une fois dans l’atmosphère, on aperçoit dans la capsule son casque en apesanteur alors qu’elle semble elle-même souffrir de son retour sur Terre.

2. a. Avant d’entrer dans l’atmosphère, citer la force qui s’exerce sur la capsule spatiale. Faire de même sur le casque.


2. b. En déduire que la capsule et le casque sont en chute libre.


2. c. Recopier la phrase suivante en choisissant la bonne proposition : la capsule et le casque sont en chute libre et tombent à la même vitesse et le casque devrait tomber/flotter à l’intérieur de la capsule.


La capsule entre dans l’atmosphère. Elle est maintenant soumise à une importante force de frottements.

2. d. La capsule est-elle en chute libre dans l’atmosphère ? Justifier.


2. e. Recopier la phrase suivante en choisissant la bonne proposition : si la capsule n’est pas en chute libre, le casque devrait donc tomber/flotter à l’intérieur.

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Réflexions d’un scientifique

✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

Marin Mersenne (1588-1648), philosophe, religieux et mathématicien français, a travaillé sur la chute des corps parallèlement à Galilée (1564-1642).

1. Quelles forces s’appliquent sur un boulet de canon théorique projeté très haut verticalement dans le référentiel terrestre ?


Toutes les forces sont ici négligeables devant le poids.

2. Décrire ce mouvement et répondre à la question : le boulet retombera-t-il dans le fût du canon ?


3. La réponse est négative, celui-ci retombe un peu plus à l’ouest du canon. Que peut-on alors en déduire sur le référentiel de l’étude ?

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DÉCONSTRUIRE LES IDÉES FAUSSES

Bus et force centrifuge

✔ APP : Faire un brouillon comprenant un schéma

Lors d’un voyage scolaire, Paula est debout et immobile dans le couloir central du bus alors que le chauffeur a interdit de se lever. Au premier virage sur la droite, elle est déportée vers la gauche. Léonard explique à Paula qu’elle n’aurait pas dû rester debout à cause de la force centrifuge. Miriam lui répond qu’il a tort parce que la force centrifuge n’existe pas dans un référentiel galiléen. L’étude se fait dans le référentiel galiléen lié à la route.

1. Le bus roule en ligne droite à vitesse constante.
1. a. Quel est le mouvement de Paula dans le référentiel lié à la route ?


1. b. Quelles sont les forces qui s’appliquent sur Paula ? Ces forces se compensent-elles ?


2. Le bus amorce un virage et tourne.

2. a. Les forces qui s’appliquent sur Paula sont-elles alors modifiées ?


2. b. En déduire le mouvement de Paula dans le référentiel lié à la route.


3. Choisir la bonne proposition :
a. « Lorsque le bus tourne, Paula persévère dans son mouvement rectiligne uniforme car aucune nouvelle force ne s’applique sur elle dans le référentiel lié à la route. Quand le bus tourne, elle est donc déportée vers le bord gauche du bus. »

b. « Lorsque le bus tourne, une nouvelle force s’applique sur Paula dans le référentiel lié à la route et cette force la fait changer de direction : c’est la force centrifuge. »