Prétest PHY5043 Partie 2

PHY5043
1
Partie 2
CORRIGÉ PRÉTEST A
a. FAUX
Sur terre, le poids d’un homme de 80 kg est 784 N.
/3
b. FAUX
Un pèse-personne mesure le poids.
c. VRAI
L’accélération gravitationnelle est constante.
d. FAUX
Un objet en état d’impesanteur possède un poids nul(le).
e. FAUX
Une navette spatiale à une altitude équivalente à 2 rayons terrestres possède un
poids neuf fois plus petit à son poids au sol.
f.
2
VRAI
La force gravitationnelle du système Terre-Lune est à l’origine du phénomène des
marées.
a. FAUX
Une force est définie comme étant toute cause capable de déformer un corps ou
d’en modifier l’état d’inertie.
b. FAUX F  m
/3
v
ou F  ma
t
c. FAUX
1 Newton est équivalent à 1 kg m/s2
d. VRAI
e. FAUX
Dans la deuxième loi de Newton, la force et l’accélération sont des quantités
vectorielles.
3
a. Calculons d’abord la fraction immergée :
Vimmergé
Vtotal
Vimmergé
Vtotal

obj
liq

7,8
 0,57
13, 6
/3
Puisque 57% de la boule est immergée, il y a donc 43% de la boule qui émerge.
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b. 1)
(suite)
Partie 2
CORRIGÉ PRÉTEST A
Il suffit de calculer le poids du liquide pour un volume égal au volume
émergeant.
F  Pliquide déplacé
F  Vémergant g
15 cm3
F  13, 6 kg/dm3  (
)  9,8 m s-2
1000 cm3 /dm3
F  2, 0 N
2)
Pour déterminer si la boule est pleine, il suffit de comparer la poussée
d’Archimède actuelle au poids d’une sphère pleine hypothétique.
FA  Vg
10 cm3
FA  13, 6 kg/dm3  (
)  9,8 m s -2
3
3
1 000 cm /dm
FA  1,3 N
Psphère pleine  Vg
Psphère pleine  7,8 kg/dm3  (
25 cm3
)  9,8 m s -2
1 000 cm3 /dm3
Psphère pleine  1,9 N
La boule possède donc une cavité intérieure puisque la poussée d’Archimède
de la boule actuelle est inférieure au poids d’une boule pleine. Le volume de la
cavité intérieure se calcule à l’aide du poids manquant :
Pmanquant  Vmanquant g
Pmanquant  Psphère pleine  FA
Pmanquant  1,9 N  1,3 N
Pmanquant  0, 6 N
Vmanquant 
Pmanquant
Vmanquant 
0, 6 N
7,8 kg/dm3  9,8 m s -2
g
Vmanquant  0, 007 8 dm3 ou 7,8 cm3
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Partie 2
CORRIGÉ PRÉTEST A
Ek
=
0
Ep
>
0
Ek
<
Ep
Ep
+
Ek
=
Et
Ek
>
0
Ep
>
0
Ek
?
Ep
Ep
+
Ek
=
Et
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Partie 2
CORRIGÉ PRÉTEST A
Ek
>
0
Ep
=
0
Ek
>
Ep
Ep
+
Ek
=
Et
5

Diminuer le force (en retirant des objets sur la table)

Augmenter l’aire en plaçant sous les pattes de la table des plaques dont
l’aire est plus grande que celle du dessous des pattes de table.
P = F / A ; pour réduire la pression, il faut ou réduire le numérateur ou
augmenter le dénominateur.
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Partie 2
CORRIGÉ PRÉTEST A
1.
/3
Aucune force n’est en action sur la navette.
2.
À la verticale, le poids est compensé par la portance des deux ailes.
À l’horizontale, la résistance de l’air annule la poussée du vent.
3.
Le poids de l’automobile
La poussée du sol
La résistance de l’air
L’action des pneus mus par le moteur
La réaction du sol
a. L’ajout d’ailette réduit les vortex de bout d’aile.
/1
b. Réduction de la masse de la voiture
Aérodynamisme de la forme (tests en soufflerie)
Fabrication de moteur à cylindré plus petit
etc.
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/5
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Partie 2
F
l
F
b. k 
l
F
c. k 
l
F
d. k 
l
a. k 
CORRIGÉ PRÉTEST A
750 N
 15 000 N/m
0, 05 m
2,5 N

 50 N/m
0, 05 m
2N

 25 N/m
0, 008 m
15 N

 200 N/m
0, 075 m

Ordre : C, B, D, A
8
a.
Fm  1 000 N
P.A.
lm
lr
Fm
/1
lm  x
Fr
Fr  500 kg  9,8 m s -2  4 900 N
lr  1,5  x
Fmlm  Fr lr
1 000 x  4 900(1,5  x)
1 000 x  7 350  4 900 x
5 900 x  7 350
7 350
x
 1, 25 m
5 900
b.
Fm
P.A.
Le bras de levier moteur est beaucoup plus long
dans le cas d’un arrache-clou.
/1
lm
Fr
lr
9
Avec une altitude de 4rterre, la distance devient donc 5 fois plus grande.
/2
Gm1m2
Fg 
 500 N
d2
Gm1m2 Gm1m2 1 Gm1m2 Fg 500 N
Fg' 




 20 N
(5d ) 2
25d 2
25 d 2
25
25
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Partie 2
CORRIGÉ PRÉTEST A
Fg 
Gm1m2 (6, 67 1011 Nm2 kg -2 )(5, 0 kg)(10 kg)

 2,11010 N
d2
(4, 0 m) 2
a.
v 2f  vi2  2ad
1.1
11
Isolons d’abord l’accélération.
2ad  v 2f  vi2
a
v 2f  vi2
2d
(0 m/s) 2  (15 m/s) 2
a
2  200 m
Puis remplaçons les variables par les
valeurs connues
a  0,56 ms -2
b.
F  ma
F  15 000 kg  (0,56 ms-2 )
F  8 400 N
12
a.
La force nette appliquée sur l’ascenseur
est l’addition vectorielle de la force
gravitationnelle et de la tension sur le
câble.
F  Fg  T
ma  mg  T
mg  T
m
T
ag
m
a
a  9,8 m s -2 
Isolons l’accélération recherchée.
20 600 N
2 000 kg
Substituons les valeurs
a  9,8 m s -2  10,3m s -2
a  0,5 m s -2
b.
Le fait que l’accélération soit positive ne nous permet pas de conclure
sur le mouvement vers le haut ou vers le bas de l’ascenseur. En effet,
l’accélération positive peut indiquer que :
que l’ascenseur descend en réduisant sa vitesse; ou
que l’ascenseur monte en augmentant sa vitesse.
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a.
Partie 2
CORRIGÉ PRÉTEST A
1) Puisque l’énergie totale est constante dans ce système fermé, nous
pouvons la calculer au point P où l’énergie totale n’est que potentielle
puisque la bille part du repos.
/3
Etotal  E p
Etotal  mgh
Etotal  0, 200 kg  9,8 m s-2 10 m
Etotal  20 J
2) En Q, l’énergie est répartie en potentielle et en cinétique
/3
Etotal  E p  Ek
Ek  Etotal  E p
Ek  20 J  0, 200 kg  9,8 m s -2  6 m
Ek  20 J  12 J
Ek  8 J
b.
3) L’énergie totale est constante. La bille a donc la même énergie totale peu
importe la position.
Trouvons d’abord l’énergie manquante
Emanquante  mgh
à la bille pour monter jusqu’au point T.
-2
Emanquante  0, 200 kg  9,8 m s 1 m
Emanquante  2 J
1 2
mv
2
2 Ek  mv 2
Puis, calculons la vitesse qui procurera
à la bille cette énergie manquante.
Ek 
2 Ek
 v2
m
2 Ek
v
m
v
2 2 J
0, 200 kg
v  4,5 m/s
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a.
Partie 2
CORRIGÉ PRÉTEST A
Wtotal  F// s
Wtotal
Il faut utiliser la composante de la
 500 N cos 60  10 m force parallèle au déplacement.
Wtotal  2 500 J
b.
W f  Ff s
W f  mg s
W f  20 kg  9,8 m s -2  0,125 10 m
Il faut, pour répondre, calculer la
grandeur des forces de
frottement.
W f  245 J
c.
Wtotal  W f  Wi
Wi  Wtotal  W f
Le travail de l’homme est à la fois contre
l’inertie et le frottement.
W f  2 500 J  245 J
W f  2 255 J
d.
Wi  12 mv 2
2Wi  mv 2
Le travail contre l’inertie devient de l’énergie
cinétique. Isolons la vitesse.
2Wi
 v2
m
2Wi
v
m
v
2  2 255 J
20 kg
Et substituons les valeurs
v  225 m 2s -2
v  15 m/s
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Partie 2

V
V
CORRIGÉ PRÉTEST A
Calculons d’abord le volume
de l’homme à l’aide de sa
masse volumique.
m
V
m

80 kg
1, 07 kg/dm 3
V  75 dm3
FA  Vg
Puis calculons la poussée
d’Archimède.
FA  1, 0 kg/dm3  75 dm3  9,8 m s -2
FA  735 N
Fapp  Fg  FA  80 kg  9,8 m s -2  735 N
Fapp  784 N  735 N  49 N
16
Et finalement le poids
apparent.
Fapp  Fg  FA
(1)
mapp g  mg  Vg
Pour simplifier les calculs, il est préférable de faire abstraction
de g, et donc de travailler avec les masse apparente et réelle.
Pour y arriver, il suffit de diviser l’équation (1) par g.
mapp  m  V
Établissons maintenant les données dans chaque liquide à l’aide de l’équation
obtenue. Par souci de simplicité, les données seront maintenues en g et cm3.
Dans l’eau
Dans l’alcool
mapp  m  V
mapp  m  V
100 g  m  1 g/cm3  V
125 g  m  0,800 g/cm3  V
125  m  0,8V
100  m  V
125  m  0,8V
100  m  V
25  0, 2V
25
V
0, 2
Nous avons donc un système à deux équations, deux
inconnues. Plusieurs méthodes de résolution peuvent être
utilisées. Nous prendrons ici la méthode addition
élimination.
V  125 cm 3
100  m  V
m  100  V
m  100  125
Puis, pour obtenir la masse, il suffit de remplacer V dans
une des équations.
m  125 g
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
m
225 g

V 125 cm 3
CORRIGÉ PRÉTEST A
Finalement, avec les deux données (m et V), il est
possible de calculer la masse volumique de l’objet.
  1,8 g/cm 3
17
a.
E  12 kl 2
/2
E  12 1 200 N/m  (0, 2 m  0,3 m) 2
E  150 J
b.
E  12 kl 2
E  12 1 200 N/m  (0, 2 m) 2
E  24 J
E  150 J  24 J
E  126 J
18
19
Le facteur de proportionnalité des rayons entre les deux pistons est de 3/0,5, soit 6.
Puisque l’aire est égale à πr2, le facteur de proportionnalité des aires est de 62, soit
36. Par conséquent, la force appliquée aux roues est de 36×100 N, soit 3 600 N.
Les avantages mécaniques sont :
a. 25
b. 4
c. 3
d. 6
Dans l’ordre croissant : C, B, D, A
20
a. Aristote : il soutient qu’un objet en mouvement finit toujours par s’arrêter,
selon le principe du repos.
b. Archimède : énonça le principe qui porte son nom : tout corps plongé
dans un fluide reçoit une poussée verticale ascendante égale au poids du
fluide déplacé.
c. Bernouilli : démontra que la pression dans un fluide en mouvement est
reliée à sa vitesse.
d. Copernic : Propose un modèle héliocentrique
e. Descartes : grand mathématicien qui a étendu le principe d’inertie de
Galilée aux objets célestes.
f. de Vinci :Artiste et inventeur, il a, entre autres, imaginé le premier sousmarin, l’hélicoptère.
g. Diesel : Inventeur du moteur à autoallumage par opposition aux moteurs
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CORRIGÉ PRÉTEST A
dit à allumage commandé. Les moteurs diesels consomment jusqu’à trois
fois moins de combustible pour un même travail.
h. Einstein : Il a élaboré la théorie de la relativité (à la vitesse de la lumière,
les distance s’allonge, le temps se contracte ainsi que la fameuse
équation E=mc2). Il a prédit l’existence de trous noirs en révolutionnant la
physique newtonnienne de la gravité (La force d’attraction de Newton est
remplacée par une déformation de l’espace autour des corps).
i.
Galilée : il a inventé la lunette astronomique et a démontré qu’un corps en
mouvement (autre que MRU) doit nécessairement subir une force. Il a
aussi énoncé le principe d’inertie.
j.
Hooke : il énonça l’idée que l’attraction planétaire devait être inversement
proportionnelle au carré de la distance. Il établit aussi une relation
mathématique pour décrire les déformations élastiques.
k. Jacquard : Industriel français qui a inventé la première machine
programmée, révolutionnant ainsi le travail en usine.
l.
Joule : démontra expérimentalement le principe de conservation de
l’énergie.
m. Képler : démontra que les planètes tournent autour du soleil sur des
orbites elliptiques.
n. Newton : énonça ses trois lois du mouvement et la loi de la gravitation
universelle.
o. Pascal : il énonça le principe de Pascal : toute variation de pression en un
point d’un liquide est transmis en tout point de ce liquide.
21
a. Les avions à réaction, les fusées.
b. La portance est la force qui attire l'avion vers le haut, grâce à l'air qui se déplace
autour de ses ailes. La forme des ailes est très importante : le dessus de l'aile
est bombé et le dessous est plat. L'air passe plus vite au-dessus. Plus l'air va
vite, moins il y a de pression sur l'aile. Il y a donc une forte pression en dessous,
car l'air circule plus lentement, et une petite pression sur le dessus de l'aile, car
l'air y circule plus vite. C'est cette différence de pression qui fait que l'avion est
aspiré vers le haut et peut décoller et voler.
c. En contrôlant la quantité d’eau dans les ballasts, le sous-marin modifie sa masse
volumique totale. Pour remonter, l’eau des ballast est expulsé à l’aide de gaz
comprimés. Pour descendre, les ballasts sont emplis d’eau.
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