Sciences physiques et chimiques - ENCPB - Lycée Pierre Gilles de Gennes - M. Chamelot

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1eSTL Chap 13 : Quelles sont les causes des modifications de mouvement ?

mardi 14 mars 2023, par SC

Exercice 1 : pour démarrer
On considère un mouvement rectiligne caractérisé par une loi horaire de la position
x(t) = - 2,25 t² + 15 t
a. Calculer la position aux dates 1s et 2s.
b. Calculer la vitesse v(t) en fonction du temps.
c. Calculer l’expression de l’accélération a.

Exercice 2 : dans cette situation,
a. écrire la 2ieme loi de Newton lors que le mouvement est rectiligne et uniforme (c’est donc la 1ere loi de Newton).
b. écrire la 2ieme loi de Newton lorsque les forces ne se compensent pas.

Correction exo 2

Exercice 3 : dans cette situation,
a. écrire la 2ieme loi de Newton lors que le mouvement est rectiligne et uniforme (c’est donc la 1ere loi de Newton).
b. écrire la 2ieme loi de Newton lorsque les forces ne se compensent pas.

Correction exo 3

Exercice 4 :
a. Schématiser une boule de pétanque (masse 710 g) posée sur un plan horizontal. Représenter le poids vect(P) de cet objet en précisant ces caractéristiques ( : direction, sens, valeur). Echelle : 1 cm représente 2 N.
On prendra g = 9,8 N/kg.
b. Lorsque l’objet est en équilibre, quelle relation vectorielle lie le poids vect(P)
de l’objet et la résultante vect(R) des forces de contact ? Représenter dans ces conditions la résultante vect(R) (préciser ses caractéristiques : direction, sens, valeur).

Correction exo 4

Exercice 5 :
Le parachutiste, avec son parachute ouvert, descend verticalement à vitesse constante. Le système étudié est l’ensemble « parachutiste + parachute ».

La masse du système est m = 90 kg. Intensité de la pesanteur : g = 9,81 N.kg-1
1) Tracer le diagramme système-interaction.
2) Calculer le poids du système.
3) Schématiser les forces qui s’exercent sur le système en précisant l’échelle.
4) Avant d’ouvrir son parachute, les forces de frottements de l’air s’exerçant
sur le parachutiste était de F = 400 N.
Schématiser les forces s’exerçant sur le parachutiste (avec la même échelle
que pour la question3). Représenter le vecteur accélération (sans soucis
d’échelle).
5) En appliquant la 2nde loi de Newton, estimer alors l’accélération du
parachutiste.

Correction exo 5

Exercice 6 :
Un cube de masse 2 kg est posé sur un plan incliné d’un angle α=30°. Le plan est rugueux et le solide reste en équilibre.
1. Schématiser la situation et représenter le poids vect(P) du solide et la résultante vect(R) des forces réparties exercées par le support sur le solide.
2. Représenter la résultante vect(R) par ses composantes vect(RN) perpendiculaire au plan et vect(RT) parallèle à la ligne de pente du plan incliné.
Écrire la relation vectorielle liant vect(R) et ses composantes.
3. Laquelle des deux composantes représente la force de frottement ?
4. Calculer la valeur de chacune de ces composantes.
5. Pourquoi l’équilibre serait-il impossible en l’absence de frottement ?

Correction exo 6

Exercice 7 : le retour du parachutiste.
d’après la correction de l’exercice 5, l’accélération du parachutiste avec son parachute fermé est verticale, dirigée vers le bas, de valeur constante a = 5,4m.s-2.
On supposera z0 = 0m et v0 = 0m/s
a. Utiliser la valeur de l’accélération pour établir l’expression de la vitesse au cours du temps v(t).
b. En déduire la valeur de sa vitesse en m/s à 1s, 2s, 3s, 4s et 5s.
c. Établir ensuite l’expression de la distance parcourue dans sa chute en fonction du temps z(t).
d. En déduire la distance parcourue à 1s, 2s, 3s, 4s et 5s.
e. Convertir la valeur de la vitesse atteinte à t = 5s en km/h. Qu’en pensez-vous ?

Correction exo 7

Exercice 8 : Chute parabolique, exercice très détaillé
On considère le mouvement représenté ci-dessous dans lequel une balle de golf a été lancée avec une vitesse vec(v0) et dans lequel toutes les autres forces que le poids sont négligées.
On donne : v0 = 20m/s, angle alpha = 60° , g = 9,8 N/kg et m = 60g.

Prise en main de l’exercice :
a. Que valent x0 et y0 ?
b. Quelle est l’expression vectorielle du poids ? Calculer sa valeur.
c. Exprimer vectoriellement le vecteur accélération. Calculer sa valeur. Donner la composante horizontale, et la composante verticale de cette accélération.
d. Reproduire le vecteur v0 et les axes. Tracer un triangle rectangle à partir de ce vecteur. Identifier le côté adjacent et le côté opposé par rapport à l’angle alpha puis calculer la composante horizontale et la composante verticale de v0.

Raisonnements :
e. Faut-il appliquer la 1ere ou la 2eme loi de newton ? Pourquoi ?
f. L’accélération est-elle constante ? Pourquoi ?
g. Quelle composante du mouvement n’est pas modifiée ? Pourquoi ?
h. Quelle composante du mouvement est modifiée ? Pourquoi ?

Mise en équation :
Sur la composante verticale du mouvement :
1. quelle est la valeur de la composante verticale ay de l’accélération ?
2. En déduire l’expression de la composante verticale vy de la vitesse en fonction du temps ?
3. En déduire l’expression de y(t), position verticale au cours du temps.
Sur la composante horizontale du mouvement :
1. quelle est la valeur de la composante horizontale ax de l’accélération ?
2. En déduire l’expression de la composante horizontale vx de la vitesse en fonction du temps ?
3. En déduire l’expression de x(t), position horizontale au cours du temps.

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chute libre 2
fcste0.5N-215g
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fcste0.5N-315g
fcste0.3N-215g
Régressimontédescente

Vidéos pour le TP

Plan Incliné Montée puis Déscente
Chute Parabolique