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Exercices - · PDF filea) Comment Aristote expliquerait-il le mouvement de ce panier ? Selon Aristote, le panier avance à vitesse constante parce que Marilou applique sur lui

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  • Exercices 4.1 Le concept de force

    1 Quelle est lorientation de la force qui sexerce sur les objets suivants ?

    a) Une balle lance en lair ralentit, sarrte, puis repart en sens inverse.

    La force est oriente vers le bas pendant lensemble du mouvement.

    b) Une rondelle de hockey glissant sur une patinoire subit un coup de bton et change brusquement dorientation.

    La rondelle subit laction dune force ayant une direction autre que celle de son dplacement.

    c) Un uf tombe au sol et se casse en deux.

    Luf subit laction dune force qui agit en un point de sa surface, mais pas ailleurs. Il subit alors

    une rupture.

    2 Une voiture se dplace dans le mme sens que laxe des x. Sa vitesse dcrot rgulirement.

    a) Laquelle des affirmations suivantes est ncessairement vraie ?

    A. Lacclration de la voiture est positive.

    B. La force applique sur la voiture diminue.

    C. La force applique sur la voiture augmente.

    D. Lacclration de la voiture est ngative.

    b) Reprsentez laxe des x et le dplacement x de cette voiture. Ajoutez un vecteur vitesse et un vecteur acclration.

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  • Exercices 4.2 La loi de linertie

    1 Si lon double la masse dun objet, quel sera leffet sur son inertie ?

    Linertie de cet objet doublera.

    2 Deux livres sont poss sur une table. La masse de lun est de 0,5 kg, celle de lautre est de 1,5 kg.

    a) Quel est le rapport entre les masses de ces deux livres ?

    Un sur trois.

    b) Quel est le rapport entre les inerties de ces deux livres ?

    Un sur trois.

    3 Marilou pousse un panier dpicerie vitesse constante dans lalle dun supermarch.

    a) Comment Aristote expliquerait-il le mouvement de ce panier ?

    Selon Aristote, le panier avance vitesse constante parce que Marilou applique sur lui une force

    constante.

    b) Comment Galile expliquerait-il ce mouvement ?

    Selon Galile, le panier avance vitesse constante parce que la force applique sur lui par Marilou

    compense exactement les forces de frottement entre les roues et le sol.

    c) Tout coup, les roues avant du panier heurtent un gros contenant de litire pour chats. Selon la premire loi de Newton, que va-t-il se passer ?

    Les roues avant sarrteront net, mais le reste du panier et son contenu auront tendance

    poursuivre leur mouvement rectiligne uniforme cause de leur inertie. Les roues arrire

    pourraient donc slever et dcrire une rotation vers lavant, au risque de renverser le panier

    et son contenu.

    4 Pourquoi appelle-t-on parfois la premire loi de Newton la loi de linertie ?

    Parce que cette loi stipule quun objet sur lequel aucune force nagit cherche conserver son tat

    de mouvement et que cette tendance vient de son inertie.

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    129EXERCICES CHAPITRE 4 | LA PREMIRE LOI DE NEWTON

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  • 5 Si aucune force nagit sur un objet en mouvement, que pouvez-vous dduire propos du mouvement de cet objet ?

    Je peux dduire que le mouvement de cet objet est un mouvement rectiligne uniforme.

    6 La premire loi de Newton stipule quaucune force nest ncessaire pour maintenir un objet en mouvement. En ce cas, pourquoi doit-on pdaler pour maintenir une vitesse constante bicyclette ?

    Pour contrebalancer leffet des forces de frottement qui sexercent sur la bicyclette.

    7 Lors dun impact violent, les passagers dun vhicule nayant pas boucl leur ceinture risquent dtre jects de la voiture en passant au travers du pare-brise. Pour mieux comprendre ce phnomne, dcrivez les forces horizontales qui sexercent sur les passagers dans chacun des cas suivants.

    a) Les passagers se dplacent en ligne droite et vitesse constante.

    Il ny a aucune force horizontale qui sexerce sur eux.

    b) Les passagers se dplacent en ligne droite vitesse croissante (cest--dire avec une acclration positive).

    Il y a une force horizontale qui sexerce sur eux. Elle vient des siges et elle les pousse vers lavant.

    c) Les passagers se dplacent en ligne droite vitesse dcroissante (soit avec une acclration ngative).

    Il y a une force horizontale qui sexerce sur eux. Elle vient des siges (et des ceintures de scurit)

    et elle les tire vers larrire.

    d) Les passagers sont retenus par une ceinture de scurit et ils se trouvent dans un vhicule qui sarrte brusquement.

    Ils subissent une force horizontale venant de la ceinture de scurit qui les tire vers larrire.

    e) Quelle est la consquence de cette dernire situation sur le mouvement des passagers ?

    Ils sarrteront.

    f) Les passagers ne sont pas retenus par une ceinture de scurit et ils se trouvent dans un vhicule qui sarrte brusquement.

    Il ny a aucune force horizontale qui sexerce sur eux.

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  • g) Quelle est la consquence de cette dernire situation sur le mouvement des passagers ?

    Ils poursuivront leur mouvement en ligne droite et vitesse constante jusqu ce quils rencontrent

    un obstacle.

    8 En gnral, un ballon lanc vers le plancher rebondit lorsquil frappe le plancher. Une force est-elle ncessaire pour provoquer le rebondissement du ballon ? Expliquez votre rponse.

    Le ballon a chang dorientation : son tat de mouvement a donc t modifi, ce qui indique laction

    dune force.

    9 Mathieu frappe une rondelle de hockey avec son bton. La rondelle glisse sur une certaine distance, ralentit, puis simmobilise. Comment peut-on concilier ce mouvement avec la premire loi de Newton ?

    Selon la premire loi de Newton, la force applique sur la rondelle a pour effet daugmenter sa

    vitesse. Si la vitesse de la rondelle diminue par la suite, cest quune autre force est exerce sur

    celle-ci, en sens inverse de son mouvement (le frottement).

    10 Un ours voit une souris et se met la poursuivre. Pour chapper son prdateur, la souris se met courir en zigzag. En quoi cette stratgie est-elle efficace du point de vue de linertie ?

    La masse de lours est beaucoup plus leve que celle

    de la souris. En consquence, linertie de lours est

    galement beaucoup plus leve. Il lui est donc plus

    difficile qu la souris de modifier son tat de

    mouvement, cest--dire de changer rapidement

    dorientation.

    11 Classez les objets suivants, de celui qui possde la plus petite inertie celui qui possde la plus grande inertie : un renard, un bateau, un atome de carbone, la Voie lacte, un lectron, la Terre, une bactrie.

    Llectron, latome de carbone, la bactrie, le renard, le bateau, la Terre, la Voie lacte.

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  • Exercices 4.3 La force rsultante et ltat dquilibre

    1 a) Quel est leffet dune force rsultante nulle sur ltat de mouvement dun objet ?

    Une force rsultante nulle ne modifie pas ltat de mouvement dun objet.

    b) Quel est leffet dune force rsultante non nulle sur ltat de mouvement dun objet ?

    Une force rsultante non nulle modifie la grandeur ou lorientation de la vitesse dun objet.

    2 Deux enfants tirent sur le mme livre en mme temps. Pourtant, le livre ne bouge pas. Comment expliquez-vous cette situation ?

    Les deux enfants tirent sur le livre avec des forces de mme grandeur, dans la mme direction, mais

    dans des sens opposs. Les forces quils exercent sannulent donc et le mouvement du livre reste

    inchang.

    3 Trois forces diffrentes agissent en mme temps sur un objet. La force rsultante peut-elle tre nulle ? Expliquez votre rponse.

    Oui. Il suffit pour cela que la somme vectorielle des trois forces soit nulle.

    4 Un objet au repos peut-il navoir quune seule force agissant sur lui ? Si oui, donnez un exemple. Si non, expliquez pourquoi.

    Non. Si une seule force agit sur un objet, le mouvement de lobjet changera et il ne pourra pas rester

    au repos.

    5 Un objet peut-il se dplacer selon une orientation tandis quune force agit sur lui pendant un certain temps selon la mme orientation, mais en sens inverse ? Si oui, donnez un exemple. Si non, expliquez pourquoi.

    Oui. Cest ce qui se produit lorsquune balle est lance vers le haut ou lorsquune voiture freine.

    6 a) Dcrivez le mouvement dune cycliste sur laquelle sexerce une force rsultante nulle.

    Elle est immobile ou bien elle se dplace vitesse constante et en ligne droite.

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    b) Quarrive-t-il si la force rsultante nest pas nulle ?

    La cycliste acclre, ralentit, sarrte, se met en mouvement ou est dvie, selon lorientation de

    la force rsultante et son tat de mouvement au dpart.

    7 Un avion de ligne vole avec une vitesse constante de 700 km/h une altitude de 10 000 m. Ses moteurs exercent une force de pousse de 70 000 N. Quelle est la force exerce par lair sur lavion ? (Ne tenez compte que des forces horizontales.)

    Puisque lavion vole vitesse constante, il est donc en tat dquilibre. En consquence, la force

    exerce par lair doit annuler exactement la force des moteurs. La rsistance de lair est donc de

    70000N.

    8 On suspend un an