Exercice n°1 (5 pts) : La pile Daniell

Premières S PHYSIQUE 16/04/2017
D:\769784516.doc Lycée Charles Péguy
Exercice
Partie A :
Un véhicule de type 4x4 tracte une remorque sur une route rectiligne et horizontale, à vitesse
constante v =
72 1 km h. 
.
 Système S1 : véhicule 4x4 de masse
mkg
11200
et de centre d’inertie G1
 Système S2 : remorque de masse m2 = 800 kg et
de centre d’inertie G2
L’ensemble S1 + S2 constitue le système S de masse m et de centre d’inertie G
1- Donner la définition d’ un référentiel, et définir le référentiel de l’étude
2- Enoncer le Principe de l’Inertie
4- Faire l’inventaire et donner les caractéristiques (sauf valeur) des forces extérieures qui
s’exercent sur le système S ; on considérera les 2 roues (visibles) du 4x4 comme motrices.
5- Faire l’inventaire des forces extérieures
qui s’exercent sur le système S1, et les
représenter sur un schéma
6- Faire l’inventaire des forces extérieures
qui s’exercent sur le système S2 et les
représenter sur un schéma
7. - Citer 2 forces intervenant dans les questions précédentes liées entre elles par le principe des
interactions (principe des actions réciproques)
8 – Le véhicule aborde une côte rectiligne à 10%, sans modification de l’action du moteur.
8.1 - Que peut-on penser quant à la vitesse du système ?
9 - Le système S se déplace maintenant à vitesse constante sous l’effet d’une force motrice de valeur
F = 1200 N. En déduire la valeur de la réaction du support R.
Partie B : Suspension de la remorque
On suppose, pour simplifier, que la suspension de la remorque est assurée par deux ressorts identiques
R1 et R2 , de constante de raideur k, et de longueur à vide L0 = 30 cm. Une fois montés, leur longueur
est de L = 25 cm. La masse de la caisse de la remorque (mc = 760 kg) est répartie équitablement sur
chacun des deux ressorts.
1 – Quelle est la masse supportée par chaque ressort ?
2 – D’après le principe des actions réciproques, en déduire la
force exercée par chaque ressort sur la caisse de la
remorque.
3 – Déterminer la valeur de k
On désire remplacer les 2 ressorts par un ressort unique R’
de raideur k’ = 2k.
La déformation l’ de R’ sera-t-elle inférieure, supérieure ou
égale à la précédente ? Justifier
Données : g = 9.8 N.kg-1
G2
G1
R1
R2
essieu
roue
G

Premières S PHYSIQUE 16/04/2017
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Partie C : vitesse de rotation
On s’intéresse à présent à la transmission du mouvement de rotation de l’arbre du moteur, aux roues du
4 x 4.
L’arbre du moteur fait directement tourner une
petite poulie P1 de diamètre d1 = 5 cm, qui à son tour
met en mouvement une poulie P2 de diamètre d2 = 30
cm. Le moteur tourne à 3600 tr min-1
1 – Déterminer la vitesse angulaire de rotation du
moteur, en rad.s-1
2 – P1 entraîne directement P2 par contact, sans
glissement. Que peut-on dire de leurs vitesses
circonférentielles (vitesses linéaires) ?
3 – En déduire la vitesse angulaire de rotation de P2,
en rad.s-1, et en tr.min-1
4 – La poulie P2 est fixée sur l’axe de rotation des
roues avant. Sachant que le véhicule roule à 72 km.h-1, quel est le diamètre des roues du 4x4 ?
Exercice 2 :
Un cube d’arête a = 10 cm, réalisé dans un bois de densité d1 = 1,225 (soit une masse volumique b =
1225 kg.m-3 ) est en équilibre, partiellement immergé sur une hauteur h = 8 cm, dans une eau salée de
densité inconnue d2.
1 – Ce cube flotterait-il également dans l’eau pure ? Justifier
2 – Donner les caractéristiques du poids du cube
3 – Quelle est la valeur de la poussée d’Archimède qui s’exerce sur le cube ?
4 – Donner les caractéristiques de cette poussée
5 – Donner l’expression littérale de cette poussée en fonction de h, a, g, et
2 (masse volumique de l’eau salée)
6 – En déduire la valeur de 2 (on prendra g = 9,8 N.kg-1)
7 – Représenter les forces sur un schéma
Données : g = 9.8 N.kg-1 ; densité de l’eau pure d=1
h
2
Moteur
P1
P2
Roue
1
Schéma simplifié (vu de dessus) :