Correction du devoir n°1 de sciences physiques 3

Correction du devoir n°1 de sciences physiques 3

(mécanique)

Exercice 1 : La gravitation gouverne tout l'Univers !

1- Le Soleil est une étoile. 1

2- a) Le Soleil exerce une attraction gravitationnelle sur toutes les planètes du système

solaire. 1

2- b) La conséquence de l'attraction gravitationnelle exercée par le Soleil, est que les planètes du système solaire tournent autour du Soleil selon des trajectoires quasi circulaires. 1 3- a) Le trou noir exerce une attraction gravitationnelle sur le Soleil. 1 3-b) Le Soleil doit donc tourner autour du trou noir, comme le font les planètes autour du

soleil. 1

Exercice 2 : Tintin objectif Lune !

1-1) Lorsqu'il parle d'attraction lunaire, le professeur Baxter parle de l'attraction

gravitationnelle exercée par la Lune. 1

1-2) Lors d'un lancer de marteau, c'est la vitesse donnée au marteau par le lanceur combinée à l'attraction qu'il exerce sur son marteau qui le fait tourner autour de lui. De même c'est la combinaison de la vitesse acquise à l'aide de ses moteurs et l'attraction gravitationnelle exercée par la Lune qui fera tourner la fusée autour de la Lune.

1 2-1) Le formule qui exprime le poids P d'un objet est : P = m × g

P est le poids en newton (N)

m la masse de l'objet en kilogramme (kg) g l'intensité de la pesanteur terrestre en N/kg.

2

2-2) Calcul du poids P1 du capitaine Haddock sur Terre sans équipement :

On a P1 = m × gT = 82 × 9,81 = 804 N 1

3-3) Calcul du poids P2 du capitaine Haddock avec équipement sur la Terre:

Le poids du capitaine Haddock sur Terre avec son équipement complet a pour expression : P2 = (m + m') ×gT

m est la masse du capitaine et m' la masse de son équipement P2 = (82 + 180) × 9,81

P2 = 2570 N

1

3-4) Calcul du poids du capitaine Haddock sur la Lune :

De la même manière, sur la Lune le poids du capitaine Haddock équipement complet vaut : P3 = (m + m') × gL

P3 = (82 + 180) × 1,62 P3 = 424 N

1

3-5) Comparaison :

On constate donc que son poids sur la Lune avec son équipement (424 N) est presque deux fois plus petit que son poids sans équipement sur Terre (804 N).

Le professeur a donc parfaitement raison de lui dire qu'il se sentira très à l'aise avec son équipement une fois sur la Lune.

1

Exercice 3 : Le parachutiste de l'extrême !

1-a) Au cours de la chute libre, l'énergie potentielle du parachutiste diminue car son altitude

diminue. 1

1-b) Au cours de la chute libre, la vitesse du parachutiste augmente, donc son énergie

cinétique augmente également. 1

1-c) Lors de la chute libre, l'énergie potentielle du parachutiste se transforme en énergie

cinétique. 1

2- Relation entre l'énergie cinétique, la masse et la vitesse : E_C=1

2×m×v²

EC : énergie cinétique en joule m : masse en kilogramme v : vitesse en mètre par seconde

2

3-a) Conversion de la vitesse du parachutiste : On sait que 1228 km/h = 1228

3,6 m/s = 341 m/s 1

3-b) Calcul de l'énergie cinétique du parachutiste : On sait que ^EC=1

2×m×v² or m = 80 kg et v = 341 m/s Donc on obtient E_C=1

2×80×341² Soit EC = 4,65×10⁶ J

1

Questions bonus :

4-a) Calcul de l'énergie potentielle de pesanteur du parachutiste : E_P=P×h=m×g×h=80×9,81×36576

Soit EP = 2,87×10⁷ J

1

4-b) Conclusion :

L'énergie potentielle de pesanteur du parachutiste lorsqu'il saute à 36 576m est largement supérieure à l'énergie cinétique nécessaire pour atteindre la vitesse de 1228 km/h. Le parachutiste en s'élançant de cette hauteur aura donc suffisamment d'énergie potentielle pour atteindre la vitesse voulue à la fin de sa chute libre.

1

Soin de la copie 1

Rédaction de la copie et rigueur des démonstrations mathématiques 1

Orthographe 1