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4ème Exercices d'intégration : Force et levier Mars 2020
A. Expliciter les connaissances
1) Cite les deux forces qui agissent sur un levier.
2) Cite les trois types de levier qui existent.
3) Donne une définition précise du bras de levier d'un système.
4) Dans quel cas un objet est-il en équilibre de translation ? 5) Dans quel cas un objet est-il en équilibre de rotation ?
B. Appliquer les procédures Le moment de force et le levier
1) Calcule le moment de force par rapport à l'axe de rotation situé au centre du disque.
Précise ensuite si ces disques sont en équilibre de rotation et dans le cas où ils ne sont pas en équilibre de rotation précise dans quel sens ils tournent.
2)
3) Quelle force faut-il exercer sur une des branches d’un casse-noix, si la noix qui résiste avec une force de 120 N, est placée à 5 cm de l’axe et si la longueur des branches est de 20 cm ? Pense à schématiser la situation avant de résoudre l'exercice! (Fm = 30 N)
4) Quelle devrait être la longueur du bras de levier moteur d'un levier inter-appui qui permettrait de soulever un éléphanteau de 450 kg à l'aide d'une pomme dont le poids est de 1 N si le bras de levier résistant a une longueur de 2 m? (lm = 8829 m = 8,829 km)
Ensuite, détermine l'avantage mécanique de ce levier. (AM = 4414,5)
10 cm F1
Calcule le moment d’une force F1 de 10N exercée sur la poignée de porte. (M(F1) = 1 Nm)
Echelle : 1 cm 5 N 1cm 50 cm
2 5) Après avoir observé la pince électrique,
( AM = 1,714; Fr = 34,285 N)
a. Détermine le type de levier ;
b. Réalise un schéma légendé de ce levier identifié ;
c. Calcule l'avantage mécanique de la pince et précise si ce levier est efficace en justifiant ; d. Si la force exercée par la main sur une des
deux branches de la pince vaut 20N, calcule la force exercée par un objet sur la branche concernée.
6) Détermine l'intensité de la force F2 mesurée à l'équilibre par un dynamomètre sachant le poids accroché vaut 8N et qu'un carreau représente un mètre.
(F2 = 4 N)
Les forces et l'équilibre de translation
1) Une voiture roule sur une piste rectiligne à une vitesse de 60 km/h. Nomme et représente les forces qui agissent sur la voiture à l'aide d'un schéma.
2) Un chat dort tranquillement sur le lit de son maître. Schématise la situation en y indiquant les forces exercées sur le chat.
3) Pour les deux situations décrites ci-dessous, précise en justifiant, si le mouvement du mobile est un mouvement rectiligne uniforme et si les forces exercées sur le mobile se compensent.
→ situation 1 : « Un glaçon qui glisse à vitesse constante selon une ligne droite » → situation 2 : « Un vélo qui prend un virage à vitesse constante »
4) A la Réunion, des randonnées aquatiques sont organisées dans le but de découvrir les coins les plus reculés de l’île. Le parcours commence par un saut à partir d’une falaise de 10 mètres de haut.
a. Calcule l’énergie mécanique d’un adolescent pesant 57 kg juste avant de sauter;(Em = 5591,7 J) b. Détermine, sans résoudre de calcul, l’énergie potentielle et cinétique du jeune juste au moment
où il touche l’eau. Attention, pense à justifier ton raisonnement ! (Ep = 0J; Ec = 5591,7 J) c. Calcule la vitesse atteinte par ce jeune sportif juste au moment où il touche l’eau.
(v = 14 m/s = 50,4 km/h)
5) Calcule l’énergie cinétique d’une voiture pesant une tonne et roulant à 50 km/h ? (Ec = 96 450,617 J) Par la suite, recherche la vitesse à laquelle elle aura une énergie cinétique double.(v = 82,27 m/s)
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6. Pour les situations a et b, détermine l'intensité de la force F2 mesurée à l'équilibre par un dynamomètre sachant le poids accroché vaut F1 = 8N et que un carreau représente un mètre. Pour la situation c, détermine la position du point d'appui du système sachant que F1 = 20 N et F2 = 12 N
7. Quelle est la longueur de planche minimale nécessaire à la conception d’un levier inter-résistant capable de soulever une masse de 200 g avec une force de 0,196 N et d’un bras de levier résistant de 8 cm?
8. Un levier inter-appui est constitué d’un point d’appui et d’une planche de 100 cm de longueur. On dispose le point d’appui sous la planche de façon à ce que
l’avantage mécanique de ce levier soit de 3. Quelle sera la longueur du bras de levier résistant?
9. On suspend une masse de 60 g à un levier inter-résistant dont le bras de levier moteur mesure 12 cm de longueur et l'avantage mécanique est de 3. Quelle masse devra être disposée à l’extrémité pour que les deux masses soient en équilibre sur le levier?
10. Quelle devrait être la longueur totale d'un levier qui permettrait de soulever un éléphant à l'aide d'une pomme si le bras de levier résistant a une longueur de 2 m? Quel est l'avantage mécanique de ce levier? La masse d'un éléphant d'Asie mâle est de 5400 kg et le poids de la pomme est de 1 N. On suppose que la masse du levier est nulle.
11. Une pince est pratique pour saisir un fil électrique.
3.5 cm 6 cm
Représente ce levier par un schéma légendé.
Calcule l’avantage mécanique de cette pince.
Si la force exercée par la main sur la pince est de 20 N, calcule la force exercée sur la câble (on ne considère ici que la force exercée sur un côté de la pince).
