Exercices




Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Savoir estimer la variation de vitesse d’un système connaissant sa masse et les forces qui s’exercent sur lui :
18
19
22

Savoir estimer les forces qui s’exercent sur un système connaissant son comportement cinématique :
13
DIFF
17

Savoir que la variation du vecteur vitesse dépend de la masse :
13
21

Pour commencer

Vecteur variation de vitesse

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10
Connaître les propriétés du vecteur variation de vitesse

MATH : Utiliser le modèle du vecteur en physique

On a représenté les positions successivement occupées par un système à intervalle de temps régulier.

Dans chaque cas, choisir la bonne proposition. Justifier.

Cas 1


Cas 2

Cas 3
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Représentation des positions successives occupée par un système à intervalle de temps régulier

Représentation des positions successives occupée par un système à intervalle de temps régulier

Effet d’une force sur le mouvement

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11
Cycliste

MATH : Utiliser le modèle du vecteur en physique
RAI/MOD : Faire un bilan des forces

Lors d’une descente, un cycliste accélère en ligne droite dans le référentiel terrestre.

1. Quelles forces s’exercent sur le système {cycliste ++ vélo} ?


2. Quelles sont les caractéristiques du vecteur variation de vitesse ?


3. En déduire la direction et le sens de la résultante de ces forces.

Une notion, trois exercices


DIFFÉRENCIATION
Savoir-faire : Savoir estimer les forces qui s’exercent sur un système connaissant son comportement cinématique

14
Hockey sur glace

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VAL : Comparer deux résultats numériques

On étudie le mouvement d’un palet de hockey lors d’un tir. À l’instant initial, le palet est immobile. À l’issue du tir, la vitesse du palet atteint 140 km·h‑1. La force exercée par le joueur sur le palet lors du tir s’exerce pendant une durée Δt=\Delta t = 0,10 s. On néglige les forces de frottement et le poids.

1. À l’aide de la deuxième loi de Newton, déterminer la force exercée par le joueur sur le palet lors du tir.


2. Vérifier que le poids du palet est négligeable par rapport à la force exercée par le joueur.


Données

  • Masse du palet : m=m = 170 g ;
  • Intensité de pesanteur : g=g = 9,81 N·kg-1.
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16
Chute d’une goutte d’eau

RAI/MOD : Faire un bilan des forces

On étudie la chute d’une goutte de pluie. On a déterminé la valeur de la vitesse à différentes dates.

tt(s)
3,0
3,2  3,4
vGv_\text{G}(m·s-1) 19,6
20,3
21,0

1. À l’aide de la deuxième loi de Newton, déterminer l’intensité de la résultante des forces à t=t = 3,2 s.


2. Quelles sont les forces qui s’appliquent sur la goutte ? Donner leurs caractéristiques.


Données

  • Volume de la goutte : V=V = 0,05 cm3 ;
  • Masse volumique de l’eau : ρ=\rho = 1 000 kg·m-1.
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15
Chute d’un grêlon

RAI/MOD : Faire un bilan des forces

On étudie la chute d’un grêlon. À l’instant t2=t_2 = 1,0 s, le grêlon a une vitesse v2=v_2 = 13,8 m·s-1.
À l’instant t3=t_3 = 2,0 s, le grêlon a une vitesse v3=v_3 = 15,0 m·s-1.

1. Calculer la valeur du vecteur variation de vitesse Δv2\Delta \vec v_2 à l’instant t2=t_2 = 1,0 s.


2. À l’aide de la deuxième loi de Newton, calculer la résultante des forces s’appliquant au grêlon à l’instant t2.t_2.


3. Quelles sont les forces qui s’exercent sur le grêlon à l’instant t2t_2 ? Donner leur direction et leur sens.


4. Calculer l’intensité de chacune des forces.


Donnée

  • Masse du grêlon : m=m = 20 mg ;

Approche de la deuxième loi de Newton

Supplément numérique

Retrouvez la vidéo historique de l’expérience réalisée par David Scott.
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13
Falcon Heavy

RAI/MOD : Faire un bilan des forces
REA : Effectuer des calculs littéraux et numériques

Le 6 février 2018, la Falcon Heavy, la fusée la plus puissante du monde, a été lancée depuis le centre spatial Kennedy en Floride. Les 27 moteurs fusées sont mis à feu et exercent une poussée F=F = 22 800 kN.

La fusée Falcon Heavy

1. Quelles forces s’exercent sur la fusée ?


2. Les représenter à l’échelle 1 cm \leftrightarrow 10 000 kN.
Couleurs
Formes
Dessinez ici


3. Calculer la valeur de la résultante des forces.


4. En appliquant la deuxième loi de Newton, calculer la variation de la vitesse lors de la première seconde du décollage.


Données

  • Masse de la fusée : m=m = 1 420 tonnes ;
  • Intensité de pesanteur : g=g = 9,81 N·kg-1.
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12
Expérience lunaire

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours
MATH : Calcul littéral

En 1971, David Scott réalise une expérience à la surface de la Lune. Il laisse tomber un marteau (1,32 kg) et une plume de faucon (0,03 kg), en même temps, depuis la même hauteur. Les deux objets atteignent le sol au même moment.

1. Pourquoi peut-on affirmer que chaque objet est en chute libre ?


2. Montrer que, pour un objet en chute libre, la variation de vitesse ne dépend pas de sa masse.


3. Expliquer alors pourquoi les deux objets atteignent le sol au même moment.

Pour s'échauffer

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5
Curling

Un palet de curling glisse selon une trajectoire rectiligne, sans perdre de vitesse.

1. Quelles forces s’exercent sur le palet ?


2. Que peut-on dire de la résultante des forces ?


6
Chute libre

Un enfant laisse tomber une bille en verre verticalement. On néglige l’action de l’air sur la bille.

1. Quelle force s’exerce sur la bille ? Donner ses caractéristiques.


2. Donner la direction et le sens du vecteur variation de vitesse.


7
Électron

Un électron se trouve dans un champ électrique E\vec E horizontal.

1. Quelle force s’applique sur l’électron ?


2. D’après la deuxième loi de Newton, donner les caractéristiques du vecteur variation de vitesse.


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8
Ouverture du parachute

Lors de l’ouverture du parachute, le parachutiste décélère.

1. Quelles sont les caractéristiques du vecteur variation de vitesse ?


2. En déduire la direction et le sens de la résultante des forces qui s’appliquent sur le système {parachutiste ++ parachute}.


9
Mario Kart

Sur un forum du jeux vidéo Mario Kart, on lit que Toad, le champignon, est plus facile à diriger que Donkey Kong, le gorille.

Expliquer.

Mario Kart
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