Exercices sur la partie II

Exercices sur la partie II
Relativité du mouvement – Principe d’inertie
3. Les forces se compensent-elles ?
Dans chacune des situations décrites on s’intéresse au mouvement de translation d’un objet ou d’un
personnage supposé indéformable dans le référentiel terrestre. D’après chaque description du
mouvement vous devez pouvoir dire si l’objet ou le personnage sont soumis ou non à un ensemble de
forces qui se compensent :
- un skieur descend une piste rectiligne, sa vitesse augmente de 2 m/s toutes les secondes ,
- une fusée décolle,
- un skieur remonte une piste grâce au « tire-fesse » qui le tracte rectilignement à vitesse constante,
- une voiture décrit un virage à la vitesse de 80 km/h,
- un palet de hockey sur glace décrit une trajectoire rectiligne à vitesse constante.
6. Patinage, bowling, curling
1. La patineuse représentée ci-contre est en mouvement rectiligne uniforme
par rapport au bord de la patinoire qui sera pris comme référentiel.
- Enoncer le principe d’inertie.
- Est-il valable dans ce référentiel ?
- La patineuse est-elle soumise à des forces qui se compensent ?
II. On considère les quilles de bowling représentées ci-dessous. On se place dans un référentiel
terrestre.
- Dans la situation 1, sont-elles soumises à des forces qui se compensent ?
- Y a-t-il modification du mouvement des quilles entre la situation et la situation 2 ?
- Dans l’affirmative, quelle est la force responsable de cette modification ?
Situation 1
Situation 2
III. Le curling est un jeu écossais qui remonte au XVIème siècle. On y joue sur une patinoire
horizontale. Il s’agit d’atteindre une cible circulaire peinte sur la glace avec un palet de pierre, muni
d’une poignée, que l’on fait glisser sur la glace. La glace est balayée devant le palet pour en faciliter le
glissement en éliminant les frottements. Deux situations sont imagées ci-dessous :
Situation 1
Situation 2
1. Dans la situation 1 , le joueur pousse le palet devant lui, suivant une trajectoire rectiligne, le
faisant ainsi passer de l’immobilité à une certaine vitesse de lancement. Dans un référentiel
terrestre :
- Le mouvement du palet est-il rectiligne uniforme ?
- Le palet est-il donc soumis à des forces qui se compensent ?
2. Dans la situation 2, le joueur lâche le palet qui poursuit alors sa trajectoire sur la glace. Le
mouvement du palet est alors rectiligne uniforme dans le même référentiel que précédemment.
Dans ce référentiel :
- Le palet est-il soumis à des forces qui se compensent ?
- Dans le cas où les frottements sur la glace ne seraient plus négligeables, que deviendrait le
mouvement du palet ? Pourquoi ?
7. Changement de référentiel : John dans
le bus, William dans la maison.
L’autobus freine et s’arrête brusquement devant la maison de William. John, qui était confortablement
assis, se sent alors projeté vers l’avant.
1. L’autobus est-il encore en mouvement rectiligne uniforme ?
2. Le principe d’inertie est-il valable dans un référentiel lié à l’autobus ?
3. Quel est le mouvement que John tendait à conserver par rapport à la maison de William ?
Pourquoi ?
8. Week-end.
Monsieur et Madame Dupond partent en week-end. Monsieur Dupond démarre brusquement, et perd
une partie des paquets qu’il avait posés à l’arrière de sa voiture, comme l’indique le schéma cidessous. Que s’est-il passé juste à l’instant du démarrage ?
9. Dans le TGV
Le TGV atlantique se trouve au quai n°10 de la gare Montparnasse. Hugo ; désireux de se rendre
en vacances à Toulouse où il a prévu de jouer au Hockey a emporté son sac de sport dans le train.
Juste avant le départ le palet tombe au milieu du couloir et repose sur le sol horizontal, lisse et
glissant (Fig.1),
A l’heure prévue, le train démarre(Fig. 2)
Fig.1
Le train est à quai
Le train se met en marche
Sens de déplacement du train
Fig. 2
Questions
Durant tout l’exercice, le raisonnement suivi devra être détaillé par une phrase.
Questions
Compétences évaluées
I.
Le train est à quai (fig.1)
a- Le palet est-il immobile par rapport au train ? au quai ?
Pour un physicien, la question « le palet est-il immobile » sans Décrire le mouvement d’un point
autre précision a-t-elle du sens ?
dans un référentiel
b- Enoncer le principe de l’inertie.
c- Dans le référentiel quai, quelles sont les forces qui
s’exercent sur le palet ?
Dans ce référentiel, les forces qui s’exercent sur le palet se
compensent-elles ?
II.
Le train démarre et part vers la gauche (fig.2)
Enoncer le principe de l’inertie
Appliquer de façon directe le
principe de l’inertie
On constate qu’au démarrage du train la position du palet
par rapport au quai n’est pas modifiée.
a- Représenter sur le deuxième schéma le palet juste après le
démarrage du train.
Appliquer de façon directe le
Dans le référentiel du quai, les forces qui s’exercent sur le palet principe de l’inertie
se compensent-elles ?
b- Que fait alors le palet par rapport au train ?
Décrire le mouvement d’un point
dans un référentiel
L’interaction gravitationnelle
10. Attirance.
A partir des données qui suivent, calculer la force exercée par la Terre sur la Lune.
Masse de la Terre : MT = 6,01024 kg
Masse de la Lune : ML = 7,31022 kg
Distance Terre-Lune : d = 3,8105 km
Constante de gravitation : G = 6,710-11 SI
Représenter, en choisissant une échelle, la force d’interaction gravitationnelle exercée par la Terre sur
la Lune.
Crois-tu que c’est la force d’interaction
gravitationnelle s’exerçant entre nous qui est
responsable de notre attirance mutuelle ?
En vous appuyant sur un calcul, que pourriez-vous répondre à cette question ?
11. Le français tel qu’on le parle.
Première affirmation :
« La force qui retient la Lune sur son orbite tend vers la Terre, et est en raison réciproque du carré de
la distance des lieux de la Lune au centre de la Terre. »
Deuxième affirmation :
« La Lune gravite vers la Terre, et par la force de la gravité est continuellement retirée du mouvement
rectiligne et retenue dans son orbite. »
(Newton : Les principes mathématiques de la philosophie naturelle)
Ces deux phrases sont extraites d’un texte de Newton qui vécut il y a de ça… quelques années. Il fut
traduit en français par Madame du Châtelet, une amie de Voltaire. Dans l’exercice qui suit, on établit
la correspondance entre les énoncés de Newton, pas toujours faciles à comprendre à notre époque, et
les énoncés modernes donnés en cours.
A quelle époque vivait Newton ? Quel(s) savant(s), par leurs découvertes, l’ont aidé à formuler la loi
de la gravitation ?
Première affirmation

Compléter le tableau suivant en vous servant de la première phrase.
Aujourd’hui
A l’époque de Newton
La force qui retient la Lune
est en raison réciproque
des lieux de la Lune au centre de la Terre

Dans l’énoncé moderne, deux informations concernant la force d’interaction gravitationnelle sont
ajoutées. Quelles sont-elles ? (Répondre en faisant une phrase pour chacune des informations)
Deuxième affirmation
 Un peu de vocabulaire :
Que signifie les expressions de Newton : « gravite », « la force de gravité » et « orbite » ?
Que signifie l’expression « continuellement retiré du mouvement rectiligne ».

Peut-on conclure que dans le référentiel géocentrique, la Lune n’est pas soumise à des forces qui
se compensent ? Rédiger quelques phrases pour expliquer votre raisonnement.
12. Loi de Képler
Cet exercice utilise un extrait de la cassette « Tous sur Orbite – Hiver », correspondant au début de la
semaine 2 (vision de 4 à 5 minutes).
Voyage dans le système solaire
a. Vision de la cassette.
a. Quelle est en km.h-1 la vitesse de croisière de la Terre sur son orbite autour du Soleil ?
b. Que représente la masse de toutes les planètes du système solaire par rapport à la masse du Soleil ?
c. Compléter le tableau ci-dessous en indiquant les périodes de révolution des différentes planètes :
Planète
Période T
Terre
Vénus
Mercure
Mars
Jupiter
Pluton
1. Exploitation.
a. En quoi peut-on comparer le système solaire à un atome ?
b. Calculer le rayon a de l’orbite terrestre assimilée à un cercle.
c. On assimile toutes les orbites des planètes du système solaire à des cercles de rayon a.
Kepler, astronome allemand (1571 – 1630), a établi la loi suivante : Toutes les planètes qui tournent
autour du Soleil sont telles que le cube du rayon a de leur orbite divisé par le carré de leur période de
révolution autour du Soleil est une constante.
- Ecrire cette loi mathématiquement.
- En utilisant les résultats obtenus pour la Terre, calculer la valeur de la constante en
km3mois-2.
- Compléter alors le tableau ci-dessous :
Planète
Rayon a
(en millions
de km)
période T
(en mois)
Mercure
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Pluton