Nom : Prénom : Classe : Contrôle de sciences physiques n°3

Nom : Prénom : Classe :
Contrôle de sciences physiques n°3
Calculatrice autorisée. Les exercices peuvent être traités dans le désordre.
Exercice 1 [ / 1,5 ]
Représenter sur le schéma les vecteurs correspondant aux différentes forces qui s'appliquent sur le solide A glissant sur un plan
incliné. Préciser à quoi correspond chaque force. Les frottements solides ne sont pas négligés, en revanche on néglige la force de
frottement de l'air. Il n’y a pas d’échelle imposée pour la longueur des vecteurs.
Exercice 2 [ / 1,5 ]
Pour dévisser un écrou, on exerce une force
F
de valeur 100 N à l’extrémité
d’une clé à pipe et dans une direction perpendiculaire à la clé (voir schéma ci-
contre).
La clé à pipe a un bras d = 20 cm.
Calculer la valeur du moment MO(
F
) de la force
F
par rapport à l’axe O.
Exercice 3 [ / 5 ]
Pour percer une plaque métallique, on utilise une perceuse. On suppose que le couple permettant de mettre en rotation le foret
est constant.
Le moment de ce couple vaut : C = 50 N.m
La puissance P du couple vaut 500 W.
1. Calculer le travail du couple W(C) si la perceuse fonctionne pendant 4,0 s. (/2)
2. En déduire le nombre de tours effectués par le foret. (/2)
3. Calculer ω la vitesse en angulaire moyenne. Cette vitesse sera exprimée en tr/min ou en rad/s. (/1)
Exercice 4 [ / 12 ]
Document 1 : forces exercées sur un avion
Un avion subit trois types de forces :
- la poussée du réacteur ou la traction de l'hélice entraînée par le moteur ;
- le poids, effet de la gravité terrestre sur la masse de l'appareil ;
- la résultante des forces aérodynamiques qui peut être décomposée en portance et en traînée :
o La portance, créée par le déplacement dans l'air d'une aile profilée, est opposée au poids.
o La traînée, somme des forces de résistance aérodynamique est opposée au mouvement.
1. Représenter sur le schéma ci-dessus et sans souci d'échelle les quatre vecteurs :
P
pour le poids,
F
pour la poussée des
réacteurs,
pour la portance et
f
pour la trainée. (/1)

On s’intéresse à la phase de décollage d’un airbus A 320 avant que l’avion ne s’élève. L’avion initialement immobile a une masse
de 75 tonnes et atteint une vitesse de 250 km/h au bout de 800 m et de 21 secondes avant le décollage. La poussée des deux
réacteurs est supposée constante et d'intensité égale à F = 320 kN.
La poussée des deux réacteurs est supposée constante et égale à F = 320 kN.
2. Calculer l’accélération moyenne acc lors de la phase de décollage. (/1,5)
3. Écrire la relation existant entre
a
le vecteur accélération de l'avion et les forces s'appliquant sur l'avion. (/1)
4. On suppose que la portance compense le poids. En déduire l'intensité de la traînée
f
s’opposant au mouvement. (/2)
5. Calculer la variation d’énergie cinétique Ec de l’avion entre l'instant de départ et l'instant où il a parcouru 800 m. (/1,5)
6. Calculer le travail de la force de poussée des réacteurs lorsque l'avion parcourt ces 800 m et préciser si le travail de cette force
est moteur ou résistant. Justifier la réponse. (/1,5)
7. Rappeler la relation entre les travaux des forces exercées sur un système se déplaçant d'un point A à un point B et la variation
d’énergie cinétique Ec = Ec(B) - Ec(A). (/0,5)
8. Expliquer pourquoi la variation d’énergie cinétique en 4. est différente du travail de poussée calculé à la question 5. (/1)
L’avion vole maintenant à son altitude de croisière 10000 m à une vitesse stabilisée de 900 km/h.
9. En s'appuyant sur le document 2, calculer la force de trainée exercée sur l'avion. (/2)
Document 2 : Force aérodynamique de trainée
L’expression de l'intensité de la force aérodynamique de trainée f est donnée ci-dessous :
f = ρ.v².Cx.S
Pour l'airbus A 320, le coefficient de traînée Cx est de 0,08, et la surface S de 122,40 m².
On donne le graphe suivant représentant l’évolution de la masse volumique de l’air ρ en fonction de l’altitude.