sujet - profdephysique

ACCOMPAGNEMENT PERSONNALISÉ
LOIS DE NEWTON
TS
Exercice 1 : QCM / Vrai ou faux
1. Si le vecteur vitesse d’un point matériel garde à tout instant la même directon, le
mouvement est rectligne.
2. Un mobile en mouvement circulaire uniforme a une accélératon uniquement
centripète.
3. Un mobile dont la norme de la vitesse est constante a une accélératon nulle.
4. Dans un repère cartésien ( O ; ⃗i ; ⃗j ; ⃗k ) , la trajectoire d’un point matériel est
donnée par les équatons horaires paramétriques suivantes :
x(t) = λ.t ; y(t) = - α.t2 + β.t + γ ; z(t) = 0.
a. La vitesse est donnée par l’expression ⃗v =−α ⃗j ; ⃗v = ( λ t ) ⃗i + ( β−α t 2 ) ⃗j ;
⃗v =λ ⃗i + ( β−α t ) ⃗j ; ⃗v =λ ⃗i + ( β−2 α t ) ⃗j .
b. L’accélératon est donnée par l’expression ⃗a =λ ⃗i + ( β−α t ) ⃗j ; ⃗a =−2α ⃗j ;
⃗a = ( λ t ) ⃗i + ( β−α t2 ) ⃗j ; ⃗a =−α ⃗j .
c. Le mouvement est rectligne uniforme / rectligne uniformément accéléré /
uniforme / uniformément accéléré.
5. La force d’atracton gravitatonnelle exercée par le Soleil sur la Terre a la même
norme que la force d’atracton gravitatonnelle exercée par la Terre sur le Soleil.
6. Un système est pseudo-isolé si la somme des normes des forces qui s’appliquent
sur lui est nulle.
7. Dans un référentel galiléen, tout système est soit en mouvement rectligne
uniforme, soit au repos.
8. Un ascenseur s’élève à vitesse constante. La somme vectorielle des forces qui
s’appliquent sur les passagers est non nulle.
9. L’éjecton de matère vers l’arrière par un système a pour efet de propulser celui-ci
en avant.
10.Si la norme de la quantté de mouvement d’un point matériel A vaut 1,2 kg.m.s -1 et
que celle d’un point matériel B vaut 0,4 kg.m.s -1, alors la quantté de mouvement du
système consttué de A et de B a pour norme 1,6 kg.m.s-1.
Exercice 2 : Le téléski
Un skieur de masse m = 80 kg gravit une piste rectligne longue d’un kilomètre grâce à
un téléski, à vitesse constante. Ses skis glissent sans froter sur la neige. Le téléski
exerce sur le skieur une force constante ⃗
F dans l’axe de la perche, inclinée d’un
angle α par rapport à la pente. La pente de la piste est elle-même inclinée de
β = 10° par rapport à l’horizontale. Le skieur est assimilé à son centre d’inerte.
1. Faire le bilan des forces qui s’exercent sur le skieur.
2. Réaliser le schéma de la situaton en choisissant un repère cartésien dont l’axe (Ox)
est parallèle à la pente.
3. Donner l’expression vectorielle des forces dans ce repère.
4. Exprimer la norme de la force ⃗F exercée par le téléski sur le skieur.
5. Faire l’applicaton numérique pour α = 30°. On prendra g = 10 N.kg-1.
Exercice 3 : Le billard
vi dans le référentel terrestre, supposé
Une boule de billard de vitesse initale ⃗
galiléen, tape sur une boule initalement au repos de même masse. Après le choc, la
première boule reste immobile.
1. Que dire de la quantté de mouvement du système pseudo-isolé formé par les deux
boules, assimilées à des points matériels ?
2. En déduire les caractéristques du mouvement de la seconde boule après le choc.
3. Que se passerait-il si la deuxième boule était deux fois plus légère que la première ?
Exercice 4 : Trajectoire d’un avion de chasse
Un avion de chasse prend un virage à gauche à la vitesse constante de 1000 km.h -1. Sa
trajectoire est un cercle horizontal de rayon 1,0 km. L’avion de chasse est assimilé à
son centre d’inerte G est étudié dans le référentel terrestre.
1. Quel est le repère le plus adapté à cete étude ?
2. Calculer la valeur de l’accélératon de G et donner l’expression du vecteur
accélératon dans ce repère.
3. Le pilote de l’avion a une masse m = 80 kg. Montrer, en utlisant le principe
fondamental de la dynamique (2ème loi de Newton), qu’une force radiale s’exerce sur
celui-ci. Calculer sa norme F.
4. Calculer le rapport F/mg.
Exercice 5 : Le mur du son
Un avion “ franchit le mur du son ” lorsque sa vitesse
dépasse celle du son dans l’air (340 m.s -1 environ). Dans
certaines conditons, la température de la masse d’air
rencontrée par l’avion chute brutalement et la vapeur
d’eau environnante se condense. Un nuage blanc conique
se forme alors autour de l’avion.
1. a. Dans un premier temps, l’avion, assimilé à un point matériel, vole
horizontalement et à une vitesse de croisière constante de 300 km.h -1. Quelle est
l’accélératon de l’avion ?
b. Faire un bilan des forces exercées sur l’avion, en considérant que l’avion vole
grâce à une force vertcale orientée vers le haut (la portance) et qu’une force s’oppose
à son mouvement (la traînée). Calculer la résultante de ces forces.
2. À la date t = 0 s, le pilote décide d’accélérer. Il subit alors une accélératon de 9g.
a. Que signife cete expression ?
b. Avec cete accélératon, au bout de combien de temps aura-t-il ateint le mur
du son ?