EXERCICES SUR LES FORCES ET LEURS EFFETS (chap. 3
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EXERCICES SUR LES FORCES ET LEURS EFFETS (chap. 3)
EXERCICE 1 : HAMAC
Julien se repose dans un hamac immobile, accroché entre deux palmiers. Le système {Julien + hamac} a une masse M = 70 kg et un
centre d'inertie G. De chaque coté, le hamac est relié à deux cordes. Les points de fixation aux cordes sont notés A et B. Les angles
entre les directions des filins et la verticale sont égaux à 30° pour celui situé à proximité de la tête et à 50° pour l'autre.
Une représentation du système est faite ci-contre.
1.
Effectuer l'inventaire des forces appliquées au système {Julien + hamac}. Les
représenter sur la photo sans souci d'échelle.
2. En utilisant le principe d’inertie, établir une relation entre les forces appliquées
au système.
3. En déduire la valeur de la somme f = TA + TB des tensions des cordes et la
représenter sur un schéma en respectant les directions (angles par rapport à
l’horizontale) et les sens. On prendra l’échelle 1 cm pour 200 N.
4. Déterminer graphiquement les valeurs des tensions des cordes.
Donnée : intensité de la pesanteur g = 10 N.kg–1.
EXERCICE 2 : SAUT A SKI.
Un sauteur à ski, de masse m = 80 kg, dévale la piste d'élan, plane, faisant avec l'horizontale un angle de 45°.
Le skieur est d'abord animé d'un mouvement de translation rectiligne accéléré, puis sa vitesse se stabilise.
1. Quelle est la nature du mouvement du skieur lorsque sa vitesse se stabilise?
2. Effectuer un bilan des forces appliquées au skieur dans cette phase du mouvement.
3. Etablir une relation entre les forces appliquées au skieur. Projeter cette relation sur les axes Ox (parallèle à la piste vers le bas de
la piste) et Oy (perpendiculaire à la piste vers le haut) du repère associé au référentiel terrestre.
4. Déterminer la valeur des forces appliquées au skieur. On précisera la valeur de la force de frottement de la neige sur le skieur.
5. Représenter la résultante des forces exercées par la piste sur le skieur.
EXERCICE 3 : ILLUMINATIONS DE NOËL.
Un motif décoratif illuminé, de masse 40 kg, est suspendu entre deux immeubles par deux câbles, faisant l'un et
l'autre un angle α = 40° avec la verticale.
Déterminer par une méthode analytique les valeurs des forces exercées par chacun des câbles.
Donnée : g = 9,8 N.kg–1.
EXERCICE 4 : EN SKI NAUTIQUE.
Une skieuse nautique se déplace en ligne droite et à vitesse constante en conservant une position corporelle
invariable au cours d'une « figure ».
1. Comment se nomme un tel mouvement?
2. Quelles sont les forces qui agissent sur la skieuse et son monoski ? La poussée d'ARCHiMÈDE intervient-elle ? Justifier.
3. Représenter, sans souci d'échelle, les forces sur un schéma vu de profil. La corde de traction fait un angle de 10° avec
l’horizontale.
4. Quelle relation existe-t-il entre les forces au cours de ce mouvement ? En déduire les valeurs de chacune des forces, si la force
de frottement sur l'eau a une valeur f = 100 N.
Données : intensité de la pesanteur g = 10 N.kg –1 ; masse de la skieuse équipée m = 60 kg.
EXERCICE 5 : LA CONSTRUCTION DES PYRAMIDES.
Pour construire les pyramides, les Egyptiens ont sans doute utilisé la technique du plan incliné. Justifions l’intérêt de ce procédé.
On prendra pour inclinaison du plan α = 10° et pour valeur de l’intensité de la pesanteur g = 10 N.kg -1.
1- Un bloc de pierre cubique, de 1 m de côté, a une masse de 2500 kg.
a) Calculer la valeur de son poids.
b) Combien d’hommes exerçant chacun une force de 800 N seraient
nécessaires pour le soulever ? Est-ce possible ?
2- On envisage le bloc de pierre immobile sur un plan incliné.
a) Quelles sont les forces qui agissent sur lui ?
b) Représenter sur un schéma ces forces à l’échelle 1,0 cm ↔ 10 000 N.
3- Des rouleaux de bois intercalés entre le bloc de pierre et le plan incliné,
rendent les frottements négligeables. On exerce une force F parallèle au
plan incliné, le bloc avance en ligne droite et à vitesse constante.
a) Quelle est la direction de la réaction R du plan incliné sur le
solide ?
b) Représenter sur un schéma, sans souci d’échelle, les différentes forces exercées sur le bloc.
c) Déterminer, par une méthode analytique (des projections), la valeur F de la force à appliquer.
d) Quel est le nombre d’hommes nécessaires pour cela ? Pourquoi est-il raisonnable de penser que c’est la technique du plan
incliné qui a été employée ?
EXERCICE 6 : ETUDIER UN BASCULEMENT AUTOUR D'UN AXE
Une brique, de dimensions 10 cm x 6 cm x 22 cm, est posée sur un support plan incliné comme l'indique le schéma ci-contre.
1. Représenter la brique et les résultantes des forces réparties subies par la brique en équilibre. Pourquoi existe-t-il des
frottements entre le support et la brique ?
2. On augmente progressivement l'inclinaison du support. La brique ne glisse pas mais bascule vers le bas de la pente : elle est mise
en rotation autour de l'axe passant par son arête inférieure.
a. Quelle est la force responsable de cette mise en rotation ?
b. Schématiser la situation à la limite de la rupture d'équilibre,
puis lors de la rotation. Justifier.
