exercices sur les lois de newton

EXERCICES SUR LES LOIS DE NEWTON
Données : g = 10 N.kg-1
Exercice 1 : Mouvement d’un traîneau dans le référentiel terrestre.
Un traîneau de masse 1,2 tonne est tracté, à vitesse constante, sur une piste enneigée, par l’intermédiaire d’un câble. Le câble,
parallèle à une ligne de plus grande pente, exerce une force F dans l’axe du traîneau. La pente de la piste est de 15% (pour 100 m
parcourue, on s’élève de 15 m). La valeur des forces de frottement exercées par la neige est estimée au 1/20e du poids du traîneau .
Les frottements dûs à l’air sont considérés comme négligeables
1- Faire le bilan des forces extérieures appliquées au traîneau. Les représenter sur un schéma sans se soucier de leur intensité.
2a.- Quelle est la nature du mouvement du centre d’inertie du traîneau ?
2b- Quelle relation lie les différentes forces appliquées au traîneau ? Justifier.
3- A l’aide de projections de ces forces sur des axes choisis, calculer l’intensité de chacune des forces.
Exercice 2 :
Une caisse de masse 300 kg est tirée par un camion dans une côte faisant un angle  = 20° avec le plan horizontal. Le câble reliant
le camion et la caisse fait un angle  avec le plan de la route, et la force qu'exerce le camion sur la caisse est dirigée selon la
direction du câble. sil existe une force de frottements lors du déplacement de la caisse sur le sol.
câble

y
x

O
I - La caisse est animée d'un mouvement de translation rectiligne et uniforme au cours de cette traction avec v = 10 km/h. La
réaction du sol vaut R = 2069 N et les forces de frottement valent f = 273 N.
1) Sur le schéma, placer les forces s’exerçant sur la caisse.
2) Donner et justifier la relation vérifiée par les vecteurs force.
3) Déterminer la valeur de la tension T du câble sur la caisse et la valeur de l’angle .
Exercice 3 :
Un pendule est constitué par un fil OA de longueur L = 1m, auquel est fixé en A une petite bille d’acier de masse m = 100g. Le
pendule est suspendu au plafond. Il est dévié de la verticale d’un angle . La tension T’ provoquant cette déviation est horizontale et
vaut T’ = 0,15 N.
Déterminer l’angle d’inclinaison  du pendule par rapport à la verticale.
Exercice 4 :
Un solide de forme parallélépipédique est animé d'un mouvement de translation rectiligne selon la ligne de plus grande
pente d'un plan incliné. Ce solide de masse M = 1 000 g est constitué d'un matériau homogène. Le plan qui supporte le
supporte fait un angle  = 25° avec un plan horizontal.
O
G
x

Pour l'ensemble du problème, les seules forces de frottement à considérer sont celles qui existent au niveau de la surface
de contact entre le solide et le plan incliné. On prendra pour valeur de l'intensité de la pesanteur g=9,8 N.kg -1.
I- L'exploitation d'un enregistrement du mouvement du solide permet d'obtenir le tableau de mesures suivant :
t (ms)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
x (cm)
5,6
13,0
20,3
27,6
35,1
42,4
49,6
57
64,3
71,7
1- Tracer le graphe représentant l'évolution de la variation de la position, repérée par x, du centre d'inertie du mobile en
fonction du temps. En déduire la nature du mouvement. Quelle valeur de la vitesse caractérise ce mouvement ?
2. Énoncer le principe d'inertie, en déduire les caractéristiques de la force exercée par le plan incliné sur le solide.
Calculer la valeur de la force de frottement.
3. Énoncer la troisième loi de Newton, en déduire les caractéristiques de la force exercée par le solide sur le plan incliné.
II. On lubrifie le plan incliné, l'exploitation d'un enregistrement du mouvement du solide permet d'obtenir un tableau
de mesures différent du précédent.
t (ms)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
x (cm)
6,5
12,8
19,9
27,9
36,7
46,3
56,8
68,1
80,2
93,2
1- Quelle est la nature du mouvement du solide ?

2. Donner pour les dates 100, 150, ..., 300 et 350 ms, les caractéristiques du vecteur  v G (la variation du vecteur
vitesse étant calculée sur un intervalle de temps de 100 ms).Que peut-on dire de sa valeur ?
3. Que peut-on dire de la résultante des forces appliquées au solide ?
4. Quelle est la valeur de la composante normale au plan incliné de la réaction du support ?