La correctionPARTIE I : Le Waterpolo.

Mouvement et interaction / Chap. I : La gravitation, modélisation des actions. 17/03/2020

La correction

PARTIE I : Le Waterpolo.

Le Waterpolo est un sport extrêmement physique qui demande aux athlètes beaucoup d'énergie pour se maintenir en partie hors de l'eau et garder la vivacité et la technique pour maîtriser le ballon.

I/ Etude des forces agissant sur le ballon immobile sur l'eau.

1°) Etablis le diagramme objet-interaction du ballon lorsqu'il flotte sur l'eau.

2°) Quelles sont les deux forces qui agissent sur le ballon?

On précisera pour chacune d'elle les 4 caractéristiques (sachant que Poids du ballon = Force Terre/Ballon )

3°) Reproduire le schéma et représenter ces deux forces, vous préciserez l'échelle choisie.

II/ Etude des forces agissant sur le ballon lorsqu'il est maintenu sous l'eau

Une faute courante au waterpolo est de maintenir le ballon entièrement sous l'eau Doc1 : Ballon waterpolo

Doc3 : Notions d'interactions.

On parle d'interaction lorsque deux objets agissent l'un sur l'autre.

Une interaction s'établit le plus souvent par contact, mais elle peut aussi se faire à distance.

Une interaction peut être localisée en un point précis ou répartie sur tout ou une partie d'un système

Doc4 : Ballon sous l'eau

Doc5 : La poussée d'Archimède.

Dès l'antiquité, le savant grec Archimède a démontré que tout corps plongé dans un liquide subissait de la part de ce liquide une force de poussée verticale, dirigée vers le haut, dont la valeur était égale au poids du liquide déplacé. C'est cette force qu'on appelle la "poussée d'Archimède".

Pour trouver la valeur de cette force, on utilise la formule suivante :

F

eau/objet = ρeaux V ^x g

Données :

ρeau = 1 kg/L (densité de l'eau) V est le volume d'eau déplacée (en L) g = 9,82 N/kg (intensité de pesanteur)

Ballon

Terre Eau

Force

Eau/Ballon Pt d'application : sous le ballon, au centre

Direction : verticale Sens : vers le haut Valeur = 4N

Force

Terre/Ballon Pt d'application : Centre du ballon

Direction : verticale Sens : vers le bas Valeur = 4N

F

Eau/Ballon

F

Terre/Ballon 1N : 1cm

1,5

2

2 14 pts

Doc2 : Propriété d'un ballon.

Masse 420 g

Volume 5,5L

Circonférence 69 cm

Poids 4N

Pression

intérieure 90 kPa

1°) Etablis le diagramme objet-interaction du ballon lorsqu'il est maintenu sous l'eau.

2°) Calcule en newton l'intensité de la force appelée "poussée d'Archimède".

Le volume d'eau déplacé est égale à celui du ballon

F

eau/ballon

= ρ

eau

x V x g

= 1

^kg/L

x 5,5

^L

x 9,82

^N/kg

= 54,01 N

3°) Représente avec 3 couleurs différents après avoir décalquer le schéma suivant les 3 forces s'exerçant sur le ballon. (on prendra 1cm pour 10N)

Vous noterez, pour les plus attentifs, que j'ai corrigé la petite erreur de l'énoncé sur la valeur des forces

F

Main/Ballon(50 N)

:

flèche de 5 cm

F

Eau/Ballon(54 N)

:

flèche de 5,4 cm 1cm pour 10N

F

Terre/Ballon (4 N) : flèche de 0,4 cm

4°) Voici la chronophotographie du mouvement du ballon si on enlève la main lorsqu'il qu'il sort de l'eau.

Entoure les adjectifs qui permettent de décrire ce mouvement.

Rectiligne Curviligne Circulaire

Accéléré Uniforme Ralenti

Justifier les adjectifs choisis :

_ _ On voit sur la chronophotographie que : _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _

Doc 6 : Ballon

Terre Eau

Main

F

Main/Ballon

F

Eau/Ballon

F

Terre/Ballon

2

2

2,5 pts

1

1

_ _ La trajectoire est une ligne droite, donc le mouvement est rectiligne _ _ _ _ La distance entre chaque dessin du ballon diminue, donc le mouvement est ralenti_ _

Partie II : Dans la station spatiale internationale : ISS.

1°) L'astronaute semble flotter dans l’ISS. Peut-on alors dire qu’il n'est plus attiré vers la Terre ? Justifier.

Il est toujours attiré sinon il partirait. Il reste en interaction attractive avec la Terre (gravitation) 2°) La station spatiale internationale tourne autour de la Terre.

Elle effectue un tour complet en 1h et 30 min.

a) Décrire le mouvement de l'ISS (trajectoire et allure) Il s'agit d'un mouvement circulaire et uniforme

b) Calcule la vitesse de la station sur son orbite en km/h puis compare à la valeur annoncée dans l'article.

Aide : périmètre d'un cercle = 2x π xR Calcul d'une vitesse : v = d

∆ t

Rayon Terre+ ISS = 6300+450 = 6750km ( Le dessin n'est pas à l'échelle)

Je calcule la distance parcourue par l'ISS en 1 jour : d = 2x π xR = 2 x π x 6750 km = 42 390 km Je calcule la durée de rotation :

Δt = 1h + 0,5h = 1,5h ( 1heure et 30 minutes )

v =

_{∆ t}^d

=

42390km

1,5h

=

28 260 km/h ≈ 28 000 km/h de l'énoncé c) Convertir en km/s : V

=

28260

3600

=

7.85 km/s 3°) On veut représenter la force de la Terre sur L'ISS.

a) En utilisant la formule de Newton et les données

de l'énoncé, montrer que la valeur de cette force est de 3,5^x10⁶N

F

Terre/ISS

= G x

mterre x m ISS d²

6,67x10

^-11

x 6x10

²⁴

x 400 000 6750 000²

= 3,51 x 10

⁶

N

Ce qui correspond au 3,5x10⁶ N de l'énoncé.

La vie dans l’ISS :

Thomas Pesquet, a rejoint la station ISS le 17 nov. 2016 pour une période de 6 mois.

La station ISS tourne a grande vitesse autour de la terre (28 000 km/h) à une altitude de 450km du Sol.

Thomas voit le jour se lever 15 fois en 24h. Au delà des nombreuses expériences qu'il réalise, il prend de nombreux clichés de notre planète qu'il diffuse sur Twitter ( @Thom_astro )

Source : Sciences et Vie Junior

G = 6,67.10^-11 N.m².kg^-2

Masse Terre = 6.10²⁴ kg

Masse ISS = 400 tonnes = 400 000 kg

Rayon Terre + hauteur ISS = 6300 km + 450km = 6750 km = 6750 000 m

=

F

Terre/Ballon

0,5 pts

1

2

0,5

2 pts

7 pts

b) Reproduire le schéma puis représenter en vert cette Force avec l'échelle : 1 cm <> 1^x10⁶ N : Flèche de 3,5 cm c) L'ISS attire t elle aussi la terre? Justifier.

Oui l'ISS et la Terre sont en gravitation (interaction attractive)

0,5 0,5