Corrigé de la fiche d'exercices sur les lois de Newton

1^ere S

Corrigé de la fiche d'exercices sur les lois de Newton

Exercice 1 :

1- On constate en visionnant les chronophotographie que le centre d'inertie de la clé a molette a un mouvement de translation rectiligne uniforme. On en déduit en vertu de la première loi de Newton (principe d'inertie), que la clé à molette est un système pseudo isolé et que la somme des forces appliquées à ce système est donc nulle.

2- Il s'agit probablement d'un mouvement de chute verticale dans un fluide comme de l'eau.

Exercice 2 :

1- a) Bilan des forces agissant sur la valise :

La valise subit deux forces, son poids P et la réaction de l'escalier R qui s'oppose a ce poids.

1-b) Caractéristiques de ces deux forces :

Caractéristiques du poids P : - point d'application : centre de gravité de la valise - direction : verticale

- sens : vers le bas - intensité : P = 140 N

Sachant que la valise est en position d'équilibre sur l'escalier alors on en déduit la relation vectorielle suivante :

PR=0

On en déduit alors les caractéristiques de la réaction R de l'escalier :

- point d'application : point de contact entre la valise et l'escalier

- direction : identique à celle du poids donc verticale - sens : opposé au poids donc vers le haut

- intensité : égale au poids donc R = 140 N 1-c) Schéma :

2-a) Si on change de référentiel et que l'on se place dans le référentiel de l'escalier mécanique, les forces agissant sur la valise ne sont pas modifiées.

2-b) Le référentiel de l'escalier mécanique est en translation rectiligne uniforme dans le référentiel terrestre. Si on suppose que le référentiel terrestre est galiléen alors le référentiel de l'escalier est lui aussi galiléen.

Exercice 3 :

1-a) Bilan des forces appliquées à la personne :

Le système étudié est la personne immobile sur la balance.

Elle subit deux forces : son poids P et la réaction de la balance R . R

P

1-b) Relation entre P et R :

En vertu de la troisième loi de Newton (principe d'action et de réaction), on a P = - R

Remarque : on peut aussi justifier cette relation vectorielle par le fait que le personne étant en équilibre on a P + R = 0

On en déduit donc que le pèse personne va afficher la valeur ^R_g = 72 kg.

2-a) Peut-on appliquer les lois de Newton ?

Le pèse personne étant placé dans une cabine d'ascenseur, on se place dans le référentiel de la cabine d'ascenseur pour étudier le mouvement de la personne.

1^ere phase du mouvement :

L'ascenseur est en mouvement rectiligne accéléré par rapport au référentiel terrestre, et n'est donc pas galiléen. On ne peut donc pas appliquer les lois de Newton au cours de cette phase du mouvement.

2^e phase du mouvement :

L'ascenseur est maintenant en mouvement rectiligne uniforme par rapport au référentiel terrestre que l'on suppose galiléen. Le référentiel de l'ascenseur est donc galiléen et on peut appliquer les lois de Newton au cours de la 2^e phase du mouvement.

3e phase du mouvement :

On ne peut pas appliquer les lois de Newton pour les mêmes raisons que lors de la première phase du mouvement.

2-b) Résultante des forces :

Au cours de la deuxième phase, le référentiel de l'ascenseur est galiléen, et on peut donc appliquer les lois de Newton. En vertu du principe d'action et de réaction (3^e loi de Newton), la résultante des forces qui s'appliquent sur le système est nulle.

Au cours des première et troisième phase du mouvement, le référentiel n'est pas galiléen. Il faut donc ajouter au bilan de force, une force d'inertie d'entraînement qui aura pour conséquence de rendre non nulle la résultante des forces s'appliquant sur le système. La résultante des forces aura alors pour caractéristiques :

• point d'application : centre de gravité du système

• direction : verticale

• sens : vers le bas lors de la première phase ; vers le haut lors de la troisième phase.

• Valeur : inconnue.