Evaluation TS 12 février 2015
g = 10 N / kg
Faire l’exo 1, l’exo 2 ou l’exo 2 bis, l’exo 3 ou l’exo 3 bis.
Ne rien écrire sur le sujet !
EXO 1 : cours …. ( 8 points)
1)
2)
3)
4)
Donner l’expression de l’énergie mécanique d’un système.
Comment calculer le travail d’une force constante ? Et si la force n’est pas constante ?
Qu’est-ce qu’une force conservative ?
Donner les énergies potentielles associées aux forces suivantes : poids P, force de rappel d’un ressort Fk,
force électrique Fe.
5) Enoncer le théorème de l’énergie mécanique.
6) En déduire le théorème de l’énergie cinétique.
EXO 2 : Travail du poids ( 4 points)
Un solide de masse m=1,0 kg se déplace
d’un point A à un point B situé à une
altitude h = 1,5 m au-dessus de A.
1) Parmi les relations suivantes,
choisir celle qui exprime le
travail du poids entre A et B :
a.
c.
W = m.g.L b.
W = m.g.h d.
W = - m.g.L
W = - m.g.h
2) Calculer le travail du poids entre
A et B.
EXO 2 BIS : QCM et justifiez vos choix ( 4 points)
Exo 3 : bucheron ( 8 points)
Un bucheron descend un traineau rempli de bois sur un plan incline d'un
angle α = 30° par rapport à l'horizontale. La masse totale du traineau
est m = 400 kg.
L'ensemble des forces de frottement sur le traineau équivaut à une force
constante f = 500 N.
La force F exercée par le bucheron sur le traineau est parallèle au plan
incline et dirigée vers le haut. Le bucheron retient le traineau lors de la
descente.
1) Le bucheron descend le traineau à vitesse constante. Faire le bilan
des forces qui s'exercent sur le traineau. Vérifier que leurs intensités valent :
P= 4000N ; R = 4000.cos 30° ; F+f = 4000.sin 30°
2) Calculer les travaux des forces qui s'exercent sur le traineau pour une descente de d = 50 m.
3) Le théorème de l’énergie cinétique est-il vérifié ?
EXO 3 BIS : sur les pistes ! ( 8 points)
Une skieuse est tirée à vitesse constante, par
un remonte-pente, sur une piste verglacée
rectiligne de longueur L = 300 m, faisant un
angle α = 20 ° avec l’horizontale. La tige du
remonte-pente fait un angle β = 30 ° avec la
direction de la piste. La masse de la skieuse
équipée est m = 58 kg.
1. Étude des différentes forces :
a. Faire un bilan des forces s’exerçant sur la
skieuse et les représenter sur un schéma. La
force exercée par la tige est parallèle à sa
direction et les frottements sont
négligeables.
b. Quelle relation existe-t-il entre les forces
appliquées à la skieuse ?
2. Travail des forces :
a. Quel est le travail de la résultante des forces ?
b. Exprimer le travail de chaque force.
c. En déduire la valeur de la force de traction exercée par la tige.
Exo 4 : pendule BONUS
Un pendule est constitué d'une sphère de centre C et de masse m = 100 g, reliée à un point fixe O par un fil de
masse négligeable, OC = 80 cm. Ce pendule oscille dans le plan vertical. Soit α, l'angle que fait le fil avec la
verticale passant par O. Calculer le travail du poids du pendule lorsque :
1)  passe à la valeur  2 = 50 ° à 1 = 30 °
2)  passe de  2 = 50° d'un côté de la verticale à la même valeur  2 de l'autre côté de la verticale.
3) Quel est le travail de la tension du fil dans chaque cas ?
EXO 5 : ( DM à faire à la maison)
Un ressort de masse négligeable, à spires
non jointives, a un coefficient de raideur k
et une longueur à vide l 0.
L’axe du ressort est horizontal. Il est fixé à
son extrémité gauche à un support fixe.
À son extrémité droite, une bille, de masse m = 150 g, est fixée à la butée P.
Dans cette première partie de l’exercice, la bille est solidaire de la butée P. Elle ne sera libérée que dans la
seconde partie.
On travaille dans le repère ci-dessus, l’origine O du repère coïncide avec le point P quand le ressort n’est ni
comprimé, ni étiré.
On néglige les frottements et on repère à l’instant t la position P par son abscisse x (t).
On comprime le ressort de sorte qu’à l’instant t = 0 s, x(0) = - 0,10 m et on abandonne la bille sans vitesse
initiale.
On chronomètre quinze allers et retours de la bille. On lit la durée 6,12 s sur le chronomètre.
1) Déterminer la valeur de la période T 0 du phénomène.
2) A l’aide de l’analyse dimensionnelle, montrer que T 0 est proportionnelle à √/
3) Exprimer en fonction de m et de T 0 la constante de raideur k du ressort, puis la calculer.
Etude du lanceur de la bille du flipper.
Le flipper est constitué d’un plan horizontal
et d’un plan incliné d’un angle α = 20 ° avec
l’horizontale et d’une longueur L = 80 cm.
Au sommet du plan incliné, se trouve une
cible H à atteindre.
On comprime le ressort de x (0) = - 0,10
m, on pose la bille contre la butée et on
libère le système.
La bille quitte la butée et on considère
qu’elle poursuit son mouvement en glissant
sans frottement sur la portion de plan
horizontal, puis sur le plan incliné avant d’atteindre la cible H.
4) D’où provient l’énergie acquise par la bille.
5) On suppose que l’énergie mécanique est conservée et que la bille quitte le ressort quand celui-ci
reprend sa longueur à vide l 0.
Établir l’expression littérale de la vitesse avec laquelle la bille quitte le ressort, puis effectuer l’application
numérique.
6) En considérant que l’énergie mécanique de la bille, déduire de la question précédente sa
vitesse en A.
7) On veut déterminer la vitesse minimale v min que doit posséder la bille, en A, pour atteindre la cible H au
sommet du plan incliné.
a) Faire un schéma de la bille en mouvement sur le plan incliné entre les points A et B et représenter les
forces qui s’exercent sur elle.
b) Établir l’expression du travail de ces forces entre les points A et H. Effectuer l’application numérique.
c) Établir l’expression de v min, puis effectuer l’application numérique.
8) En utilisant les résultats des questions précédentes, établir l’expression littérale de la longueur minimale
x min (0) de compression initiale du ressort pour que la bille atteigne la cible H.
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Evaluation_n_5_TS_fev_2015