Premières S PHYSIQUE 16/04/2017 Exercice Partie A : Un véhicule de type 4x4 tracte une remorque sur une route rectiligne et horizontale, à vitesse 1 constante v = 72km. h . Système S1 : véhicule 4x4 de masse m1 1200kg et de centre d’inertie G1 G 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 G1 6- Faire l’inventaire des forces extérieures qui s’exercent sur le système S2 et les représenter sur un schéma G2 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 L 0 = 30 cm. Une fois montés, leur longueur est de L = 25 cm. La masse de la caisse de la remorque (m c = 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’ R1 R2 de raideur k’ = 2k. La déformation l’ de R’ sera-t-elle inférieure, supérieure ou roue égale à la précédente ? Justifier essieu Données : g = 9.8 N.kg-1 D:\769784516.doc Lycée Charles Péguy Premières S PHYSIQUE 16/04/2017 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. Schéma simplifié (vu de dessus) : L’arbre du moteur fait directement tourner une Moteur 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 P1 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 2 Roue 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 ? 1 P2 Exercice 2 : Un cube d’arête a = 10 cm, réalisé dans un bois de densité d 1 = 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 h 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 D:\769784516.doc Lycée Charles Péguy