Mouvements et forces - .- La force exercée par l’hélice sur le bateau (F2) On peut conclure que

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  • La Cit de la Mer novembre 2013 1

    Questionnaire

    Mouvements et forces

    Notion 1 : Quest-ce quune force ?

    Une force est capable de modifier le mouvement dun corps ou de provoquer

    sa dformation. Elle est dfinie par quatre caractristiques :

    - son point dapplication - son sens

    - sa direction - son intensit

    Lunit lgale de mesure dune force est le Newton : son symbole est N.

    Question 1

    En replaant dans le texte ci-dessous les mots indiqus, tu comprendras la

    relation entre masse et poids.

    (attraction terrestre - Newton par kilogramme - poids force - masse latitude

    - Newton kilogramme variable centre de gravit verticale)

    Le correspond une exerce par la Terre, quon appelle

    , ou gravit. Son point dapplication est appel

    , sa direction est , et elle est dirige

    vers le bas. Le poids dun objet est proportionnel sa , selon la

    formule P = m x g. Dans cette formule, le poids P est exprim en ,

    la masse m en et lintensit de la pesanteur g en

    . La valeur de g est la

    surface de la Terre, en fonction de laltitude et de la : mme si

    notre masse ne change pas lors dun voyage, nous ne faisons pas toujours le mme

    poids !

  • La Cit de la Mer novembre 2013 2

    Question 2

    Le poids est :

    Une force localise

    Une valeur constante, comme la masse

    Une force distance

    Une force rpartie

    Une force de contact

    Une valeur variable, selon le lieu

    Question 3

    Pour voyager, partez lgers !

    O partir en vacances pour tre le plus lger possible ?

    Au sommet de lEverest (g = 9,786 N.kg-1)

    Dans les polders de Hollande (g = 9,816 N.kg-1)

    Dans la jungle quatorienne du Brsil

    (g = 9,786 N.kg-1)

    Dans un igloo au milieu du Ple Nord

    (g = 9,836 N.kg-1)

    Sur la Lune (g = 1,6 N.kg-1)

  • La Cit de la Mer novembre 2013 3

    Question 4

    Loi de Newton et mares basses

    En 1665, Isaac Newton tablit la loi de la gravitation universelle : deux corps

    spars dune distance d sattirent avec une force qui dpend de cette distance,

    mais aussi de leurs masses respectives. Lattraction terrestre est un exemple de

    cette loi, le phnomne des mares en est un autre : les ocans se dforment,

    car ils subissent lattraction conjugue de la Lune et du Soleil.

    Les plus fortes mares sobservent donc :

    Quand Lune et Soleil sont aligns (en conjoncture) :

    Quand Lune et Soleil sont en opposition (en quadrature) :

  • La Cit de la Mer novembre 2013 4

    Notion 2 : La pression exerce par leau

    Comme tous les fluides, leau exerce des forces sur les objets qui y sont

    immergs. Le rsultat de lensemble de ces forces sur une surface

    correspond la pression. Le systme international unitaire de mesure de la

    pression est le Newton par mtre carr (N/m2 ou N.m-2), galement appel

    Pascal (Pa). En pratique (notamment en plonge), on utilise le bar : un bar

    correspond 100 000 Pa.

    Plus un plongeur descend profondment dans

    leau, plus la pression augmente, car il supporte

    un poids deau qui augmente avec la profondeur.

    Question 5

    Relie chaque profondeur la pression correspondante.

  • La Cit de la Mer novembre 2013 5

    Question 6

    Les engins de plonge profonde ont gnralement des formes trs arrondies

    car :

    Une forme arrondie est plus esthtique quune forme anguleuse

    La pression exerce par leau est moins forte sur une sphre que sur un

    cube

    Les engins de plonge sont arrondis pour ressembler des poissons

    Cest la forme arrondie qui rsiste le mieux aux forces dues la pression

    Question 7

    Sur la coupe du bathyscaphe Archimde, on remarque que la partie habite est

    une sphre dacier dpaisseur trs importante (15 cm), alors que lpaisseur des

    autres tles est relativement faible. Pourtant, la pression de leau agit sur toute

    la coque.

    En rajoutant des flches, peux-tu expliquer quen dehors de la sphre il nest pas

    ncessaire dutiliser partout des tles trs paisses ?

  • La Cit de la Mer novembre 2013 6

    Notion 3 : Le principe dArchimde

    Il y a plus de 2 000 ans vivait en Sicile un clbre savant nomm

    Archimde. Selon la lgende, cest en prenant son bain quil dcouvrit le

    principe qui porte son nom : TOUT CORPS PLONGE DANS UN LIQUIDE

    SUBIT DE LA PART DE CELUI-CI UNE FORCE VERTICALE, ORIENTEE

    VERS LE HAUT, ET EGALE AU POIDS DU LIQUIDE DEPLACE .

    Question 8

    Archimde, en sortant tout joyeux de sa baignoire, sest cri Eurka , cest-

    -dire :

    a mouille

    Jai trouv

    Etre ou ne pas tre

    Question 9

    Complte le dessin ci-dessous en reprsentant par des flches le poids

    dArchimde et la pousse quil reoit de leau.

    Question 10

    Complte le texte ci-dessous en rayant les mots inexacts.

    En remplissant les ballasts du sous-marin avec de leau, on augmente / diminue

    son poids. Celui-ci devient alors suprieur / infrieur la pousse dArchimde,

    et le sous-marin coule / remonte la surface.

  • La Cit de la Mer novembre 2013 7

    Question 11

    Les bathyscaphes utilisaient une autre mthode pour descendre et remonter :

    une fois arrivs au fond, ils larguaient la grenaille de fer retenue par leurs

    lectro-aimants. Leur norme rservoir de fuel (171 m3 pour le bathyscaphe

    Archimde), fluide moins dense que leau, leur permettait alors de remonter.

    Parmi les affirmations suivantes, coche celles qui sont exactes :

    En larguant la grenaille de fer, le bathyscaphe augmente la pousse

    dArchimde.

    Aprs le largage de la grenaille de fer, la pousse dArchimde devient

    suprieure au poids du bathyscaphe.

    Le poids du bathyscaphe diminue lorsquil largue la grenaille de fer.

    La pousse dArchimde est la mme avant et aprs le largage de la

    grenaille de fer .

    Notion 4 : Forces, dplacement et vitesse

    Le principe de lhlice consiste aspirer de leau dun ct du bateau pour la

    rejeter de lautre. Dans le mme temps, cause des frottements dus

    leau, lhlice exerce une force sur le bateau, ce qui lui permet de se

    dplacer.

  • La Cit de la Mer novembre 2013 8

    Question 12

    Bien qu'il soit trs peu mobile, le bathyscaphe Archimde est muni de trois

    hlices lui permettant de modifier sa position dans l'eau. D'aprs l'illustration

    ci-dessous, fais correspondre chaque hlice le mouvement qu'elle permettait

    de faire prendre au bathyscaphe :

    Mouvement vertical (monte, descente) : hlice n

    Mouvement d'avant en arrire : hlice n

    Mouvement latral (gauche, droite) : hlice n

    Question 13

    En visitant Le Redoutable, tu peux apercevoir larrire son hlice 7 pales. Sur

    le schma ci-dessous, reprsente par des flches les deux forces rsultant de la

    rotation de cette hlice :

    - La force exerce par lhlice sur leau (F1)

    - La force exerce par lhlice sur le bateau (F2)

    On peut conclure que lhlice, qui est anime dun

    mouvement de permet au bateau dacqurir un

    mouvement de .

  • La Cit de la Mer novembre 2013 9

    Question 14

    La vitesse reprsente le rapport d'une distance sur un temps. La vitesse se

    mesure en mtres par seconde (m/s ou m.s-1). En pratique, dans la vie courante,

    on exprime plutt la vitesse en kilomtre par heure (km.h-1). Les marins, eux,

    parlent en nud. Un nud correspond un mille par heure, soit 1,852 km.h-1.

    Le Redoutable pouvait naviguer une vitesse de 22 nuds, cest--dire :

    40,7 km.h-1

    22 mille.h-1

    74,3 km.h-1

    Mais attention : la notion de vitesse est relative ! On doit dfinir le

    rfrentiel, c'est--dire l'environnement auquel on se rfre pour exprimer

    la vitesse. Dans le cas d'un sous-marin (ou d'un bateau quelconque), on peut

    exprimer la vitesse par rapport la terre ou par rapport l'eau.

    Exemple : sur la figure ci-dessous, le sous-marin se dplace 20 nuds par

    rapport l'eau. La vitesse du courant est de 5 nuds par rapport au fond de

    l'ocan.

    La vitesse du sous-marin est donc de 25 nuds par rapport la terre.

  • La Cit de la Mer novembre 2013 10

    Question 15

    Imaginons que ce sous-marin navigue contre un courant de 5 nuds :

    La vitesse du sous-marin est de par rapport au fond de l'ocan.

    Mais au fait, quelle est la vitesse du sous-marinier install au poste de pilotage :

    - par rapport leau :

    - par rapport au fond :

    - par rapport au sous-marin :

    Notion 5 : Equilibre des forces

    Un sous-marin tel que Le Redoutable flotte entre deux eaux. Pour pouvoir

    demeurer en immersion, il doit tre en permanence en quilibre : la pousse

    d'Archimde doit compenser le poids du sous-marin.

    Mais le sous-marin doit aussi naviguer droit, c'est--dire horizontalement.

    Dans ce cas, le point d'application de la pousse d'Archimde doit tre la

    verticale du centre de gravit G du sous-marin.

  • La Cit de la Mer novembre 2013 11

    Question 16

    Dans certains cas, le sous-marin peut prendre de l'assiette , c'est--dire

    former un angle avec l'horizontale

    Sur chacune des deux figures, reprsente, en les positionnant correctement, les

    flches correspondant au poids et la pousse d'Archimde s'exerant sur le

    sous-marin.

  • La Cit de la Mer novembre 2013 12

    Question 17

    Afin de vrifier si tu as compris l'origine de l