Exercices




Pour s'entraîner

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26
Les bulles de champagne

ANA : Proposer un protocole

Dans une flûte de champagne, les bulles se créent au niveau des aspérités de la paroi puis remontent verticalement jusqu’à la surface.
On a représenté la chronophotographie d’une bulle lors de son ascension. La durée séparant deux images est égale à 0,050 s.

Chronophotographie d’une bulle


1. Proposer un protocole expérimental qui permettrait de représenter l’évolution de la vitesse de la bulle en fonction du temps.


2. Estimer la taille réelle d’une flûte de champagne et en déduire l’échelle verticale approximative de cette représentation.


3. Comment évolue la valeur de la vitesse au cours du temps ?


4. Estimer la vitesse limite atteinte par la bulle.
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25
Remontées mécaniques en QCM

MATH : Le modèle du vecteur en physique

On étudie deux remontées mécaniques dans le référentiel terrestre. Un téléski tire des skieurs sur une portion rectiligne à vitesse constante.

1. Le vecteur vitesse du skieur :




Un télésiège décrit une portion de cercle à vitesse constante pour récupérer les skieurs.

2. Le vecteur vitesse du télésiège :




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21
Station spatiale internationale

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours
REA : Effectuer des calculs littéraux et numériques

Station spatiale internationale


La station spatiale internationale (ISS) est une station spatiale en orbite circulaire basse autour de la Terre. Des astronautes internationaux y mènent des expériences de recherche scientifique en milieu spatial. Située à une altitude d’environ 330 km, l’ISS effectue un tour complet en 93 minutes.

1. Quel est le référentiel adapté à l’étude du mouvement de l’ISS ?


2. Décrire le mouvement de l’ISS dans ce référentiel.


3. Calculer la valeur de la vitesse.


4. Décrire la variation du vecteur vitesse.


5. Combien de tours effectue l’ISS en une journée ?


Donnée

  • Rayon de la Terre : RT == 6 370 km.
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24
La grêle

ANA : Exploiter des informations
MATH : Le modèle du vecteur en physique

La grêle


La grêle peut avoir des effets dévastateurs pour les habitants et les agriculteurs en raison de la vitesse que les grêlons acquièrent lors de leur chute.
En effet, le grêlon chute avec une vitesse initiale nulle puis accélère jusqu’à atteindre une vitesse limite de 70 km\cdoth-1.

1. Définir le système et le référentiel d’étude.


2. Le système est assimilé à un point matériel. Quel(s) aspect(s) ne peut-on pas aborder lors de cette étude ?


3. Comment évolue le vecteur vitesse lors de la première phase de la chute ?


4. Donner la direction, le sens et la valeur du vecteur vitesse en m·s‑1 lors de la deuxième phase de la chute. Comment qualifier le mouvement lors de cette deuxième phase ?
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20
Astrophotographie

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

Une astronome amatrice photographie les étoiles avec une longue durée d’exposition.

Astronomie et étoiles
Filet d'étoiles

1. Dans quel référentiel les étoiles sont-elles photographiées ?


2. Décrire leur trajectoire.


3. L’étoile polaire est une étoile qui paraît fixe par rapport à la Terre. Identifier cette étoile sur la photographie ci-dessus.

4. En quoi le mouvement apparent des étoiles peut-il être un inconvénient en astrophotographie ?


5. Les astrophotographes professionnels sont équipés de télescopes motorisés qui suivent le mouvement d’une étoile. Expliquer.


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23
Sky Jump à Las Vegas

MATH : Le modèle du vecteur en physique

À Las Vegas, les adeptes de sensations fortes peuvent sauter du haut de la tour Stratosphère pour un saut de 253 mètres, reliés à un câble en acier. Lors des premiers instants (phase 1), le sauteur est en chute libre, puis l’arrivée au sol (phase 2) est freinée par une bobine.

Sky Jump Las Vegas

1. Définir le système et le référentiel d’étude.


2. Décrire le mouvement du système lors des deux phases du mouvement.


3. Décrire la variation du vecteur vitesse lors des deux phases du mouvement.
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27
Copie d'élève à commenter

Proposer une justification pour chaque erreur relevée par le correcteur. Les réponses sont liées à des questions indépendantes.

1. Déterminons la valeur de la vitesse au point 3 :
v0\xcancel{\vec{v}_{0}} =M2M42τ=102×0,5=10=\dfrac{\text{M}_{2} \text{M}_{4}}{2 \tau}=\dfrac{10}{2 \times 0\text{,}5}= 10 m/s.

2. Le mouvement est circulaire uniforme donc la variation du vecteur vitesse est nulle.

3. La Lune décrit un cercle dans le référentiel qui est centré sur la Terre et appelé référentiel terrestre.

4. Le vecteur vitesse au point considéré est horizontal, vers la droite et a pour valeur 15 m.

5. La vitesse a toujours la même valeur donc le vecteur vitesse est constant.
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Comprendre les attendus

22
Performances d’un nageur

MATH : Le modèle du vecteur en physique
REA : Effectuer des mesures. Effectuer des calculs littéraux et numériques

En natation, la chronophotographie permet d’analyser les performances du nageur. L’échelle choisie pour la représentation de la vitesse est : 1 cm \leftrightarrow 4 m\cdots-1

La chronophotographie


1. Définir le système et le référentiel d’étude.


2. Quelle est la valeur de la vitesse initiale v0\vec{v}_{0} au point G0\text{G}_{0} ?


3. Calculer la valeur du vecteur vitesse v1\vec{v}_{1} et v2\vec{v}_{2} du plongeur aux points G1\text{G}_{1} et G2.\text{G}_{2}.


4. Tracer le vecteur vitesse v1\vec{v}_{1} et v2\vec{v}_{2} du plongeur aux points G\text{G}, G1\text{G}_{1} et G2\text{G}_{2} sur l'image ci-dessous.
La chronophotographie


5. Comment varient les caractéristiques du vecteur vitesse au cours du mouvement ? Qualifier alors le mouvement du plongeur.


Détails du barème
TOTAL /5,5 pts

0,5 pt
1. Employer les termes du cours.
0,5 ++ 0,5 pt
2. Mesurer à la règle la longueur du vecteur v0\vec{v}_{0} et convertir à l'échelle.
1,5 pt
3. Donner la formule littérale puis faire l’application numérique. Exprimer le résultat numérique avec deux chiffres significatifs, en m\cdots-1.
1,5 pt
4. Indiquer le point d’application, l’origine, le sens et la valeur correcte.
1 pt
5. Décrire l’évolution du vecteur vitesse en termes de direction, sens et valeur. Utiliser le vocabulaire approprier pour qualifier le mouvement.
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