Dans tous les exercices, on donnera la formule littérale puis on fera l’application numérique Dans tous les exercices, on donnera le nombre correct de chiffres significatifs
EXERCICES D’AUTOMATISATION
Ex 1 – Cinq minutes chrono !Dans l’ordre : action mécanique/mouvement/compensent/ne se compensent pas/c./b.
Ex 2 – Coté maths
Ex 3 – Appliquer le principe d’inertie
Dans chaque cas, caractériser le mouvement et justifier
Les forces ne se
compensent pas et la résultante des forces s’oppose au mouvement : Mouvement rectiligne ralenti
Les forces se compensent : mouvement rectiligne uniforme
Les forces ne se
compensent pas et la résultante des forces est dans le même sens que celui du mouvement : mouvement rectiligne accéléré
Les forces ne se
compensent pas et la résultante des forces est dans le même sens que celui du mouvement : mouvement rectiligne accéléré MOUVEMENT ET INTERACTIONS CHAPITRE 9
EXERCICES
Ex 4 – Relier forces et mouvement d’un système
Ex 5 – Relier forces et mouvement d’un système (bis)
Ex 6 – Relier mouvement et forces appliquées à un système
Ex 7 – Utiliser le principe d’inertie
Ex 8 – Utiliser le principe d’inertie (bis)
Ex 9 – Exploiter un schéma de forces
Ex 10 – Reconnaitre une chute libre
EXERCICES D’ANALYSE
Ex 11 – Le stand-up paddleEx 12 – A l’affut
Ex 13 – Mouvement d’un palet de hockey
Ex 14 – Appliquer le principe d’inertie
Ex 15 – Un saut depuis l’espace
Ex 16 – Analyse d’une performance
Ex 17 – Exploration extraterrestre
Ex 18 – Saut en parachute
Deux parachutistes, Nat et Pat, sautent simultanément d'un avion. Ils chutent dans un premier temps côte à côte sans ouvrir leur parachute. Nat film Pat. Au moment où Pat déclenche l'ouverture de son parachute, Nat continue à le filmer sans bouger sa caméra et attend quelques instants avant d'ouvrir à son tour son propre parachute.
1. Le visionnage du film montre un mouvement ascendant de Pat après l'ouverture de son parachute. Expliquer cette observation.
La descente de Nat dans le référentiel terrestre s'effectue à une vitesse v dont l'évolution au cours du temps est donnée sur le graphique ci-contre :
On identifie 4 phases :
1ère phase de t=0s à t1 ; 2ème phase de t1 à t2 ; 3ème phase de t2 à t3 ; 4ème phase de t3 à t4
L'instant t = 0s correspond au moment où Nat quitte l'avion. On supposera que sa trajectoire est rectiligne tout au long du saut.
2. En analysant le graphique, préciser pour chaque phase, la nature du mouvement de Nat.
3. À quelle date ouvre-t-elle son parachute ? À quelle date touche-t-elle le sol ? Justifier.
4. Faire l'inventaire des forces s'appliquant au système « parachutiste + parachute » et donner leurs caractéristiques (sauf l’intensité)
5. Enoncer le principe d’inertie
6. Indiquer pour quelle(s) phase(s) du mouvement ces forces se compensent. Justifier.
7. Dans le(s) cas où elles se compensent, représenter sans soucis d'échelle ces forces sur un schéma, en modélisant le système « parachutiste + parachute » par un point.
8. Pour les autres phases, préciser quelle est la force prédominante et la relier à la nature du mouvement de Nat.
Une fois le parachute ouvert, la vitesse de Nat se stabilise à 18 km.h-1 ; elle se trouve alors à 400 m du sol.
9. Calculer la durée de la dernière phase du saut. Exprimer le résultat dans l'unité la plus adaptée.
1. Lorsque Pat ouvre son parachute il a mouvement rectiligne ralenti dans le référentiel terrestre. Du point de vu de Nat qui a un mouvement rectiligne uniforme Pat ralenti donc de son point de vu il voit Pat « remonter », un mouvement ascendant
2. De 0 à t1 : la vitesse augmente donc le mouvement est rectiligne accéléré De t1 à t2 : la vitesse est constante donc le mouvement est rectiligne uniforme De t2 à t3 : la vitesse diminue donc le mouvement est rectiligne ralenti De t3 à t4 : la vitesse est constante donc le mouvement est rectiligne uniforme A t4 la vitesse s’annule (Nat a atterri)
3. Elle ouvre son parachute à t2 et touche le sol à t4
4. Bilan des forces :
- Le poids (direction verticale, sens vers le bas)
- La force de frottements (direction verticale, sens vers le haut) 5. Les forces se compensent pour : de t1 à t2 et de t3 à t4
6. Dans un référentiel terrestre, si un corps est soumis à des forces qui se compensent, il persévère dans son état de repos s’il était au repos, ou de mouvement rectiligne uniforme s’il était en mouvement
Ex 19 – Chute d’un caillou
Un caillou, de masse m = 100 g est lâché, sans vitesse initiale, du haut d'un pont, au dessus d'un lac (eau calme, aucun courant). Au cours de sa chute, on néglige les forces de frottements de l’air. La chronophotographie de la chute de ce caillou est donnée ci-contre.
L'intervalle de temps entre deux positions est
t = 0,20 s.1ère partie : Mouvement du caillou dans l'air.
Le caillou lors de sa chute est soumis à une force.
1. Qui est l’acteur et le receveur cette force ?
2. Comment appelle-t-on plus généralement cette force ?
3. Donner les caractéristiques de cette force (donnée : g = 10 N.Kg-1)
4. Sur la chronophotographie, représenter cette force sur le caillou en position 4 (échelle : 1cm représente 1N)
5. Utiliser la chronophotographie pour décrire le mouvement du caillou lors de sa chute.
6. Enoncer le principe d’inertie.
7. Montrer que d’après ce principe, il y a bien cohérence entre les forces agissant sur le caillou et son mouvement.
2ème partie : Mouvement du caillou dans l'eau.
Le caillou est désormais soumis en plus de son poids P à la force d’Archimède F qui a tendance à faire remonter les corps vers la surface.
8. Sachant que l’intensité de F vaut 0,5 N, représenter P et F sur le caillou en position 7.
(même échelle qu’au 4)
9. Calculer la vitesse du caillou en M8, M9, M10 (Rappel :
t = 0,20 s et 1,0 cm sur l’enregistrement représente 0,50 m en réalité)10. Caractériser alors le mouvement du caillou d’après vos calculs.
11. Quelle est la distance parcourue par le caillou entre les positions 7 et 11 ? 12. En déduire sa vitesse moyenne en m.s-1.
13. En appliquant le principe d'inertie sur le caillou entre les points 7 et 11, que pouvez-vous conclure quant aux forces qui s'exercent sur le caillou ? En déduire l’existence d’une 3ème force que l’on nommera f.
14. Quelle est cette force ? Préciser l’acteur, le receveur, sa direction, son sens et son intensité.
1. Acteur : la Terre, receveur : le caillou 2. Le poids
3. Direction : verticale , sens : vers le bas, intensité : 𝑃 = 𝑚𝑔 = 100 × 10−3 × 10 = 1,0 𝑁
4.
Sur le schéma5.
Mouvement rectiligne accéléré6.
Dans un référentiel terrestre, si un corps est soumis à des forces qui se compensent, il persévère dans son état de repos s’il était au repos, ou de mouvement rectiligne uniforme s’il était en mouvementair
eau
1 2
9 3
4
5
6
10 7 8
11
7.
Les forces ne se compensent pas alors le mouvement ne peut pas être rectiligne uniforme. La résultante des forces étant dans le même sens que celui du mouvement alors le mouvement est bien rectiligne accéléré.8. Sur le schéma
9. 𝑣8= 2×∆𝑡𝑑7−9= 1,2×0,52×0,20 = 1,5 𝑚. 𝑠−1 𝑣9= 𝑑8−10
2×∆𝑡 = 1,2×0,5
2×0,20 = 1,5 𝑚. 𝑠−1 𝑣10 = 𝑑2×∆𝑡9−11= 1,2×0,52×0,20 = 1,5 𝑚. 𝑠−1
10. L’intensité de la vitesse est la même et le sens reste le même alors le mouvement est rectiligne uniforme 11. 𝑑7−11= 2,4 × 0,5 = 1,2 𝑚
12. 𝑣𝑚𝑜𝑦= 𝑑𝑡7−11
7−11 = 4×0,201,2 = 1,5 𝑚. 𝑠−1
13. Le mouvement est rectiligne uniforme alors d’après la réciproque du principe d’inertie, les forces se compensent.
Or F est différent de P alors il existe forcément une 3ème force f pour que les forces puissent se compenser.
14. C’est la force de frottement fluide. Acteur : l’eau et le receveur le caillou. Direction : verticale, sens : vers le haut, intensité : il faut que 𝑃 – (𝐹 + 𝑓) = 0 donc 𝑓 = 𝑃 − 𝑓 = 1,0 − 0,5 = 0,5 𝑁
EXERCICES D’APPROFONDISSEMENT
Ex 20 – Traversée du pôle sudQuelle est la valeur de la force que Mike Horn doit exercer sur son traineau pour le faire avancer de manière rectiligne et uniforme ?
