Devoir de physique 3 de première scientifique :

DEVOIR DE PHYSIQUE 3 DE PREMIERE SCIENTIFIQUE
Forces et lois de Newton – durée du devoir 1h
QUESTIONS DE COURS : 3,5 pts
1. Les schémas ci-après
représentent trois situations
pour lesquelles les
frottements et la poussée
d’Archimède exercée par l’air
sont négligés. Représenter
les forces s’exerçant sur le
solide S sans respecter
d’échelle, leur donner un nom
adéquat et indiquer s’il s’agit
d’actions à distance ou de
contact. 2pts
2. Sur le schéma ci-après figure un solide S glisse
avec frottements sur un plan incliné.
a. Faire le bilan des forces macroscopiques
appliquées au solide. La résistance de l’air et
la poussée d’Archimède exercée par l’air
seront négligées. 0,5pt
b. Représenter les forces sans respecter d’échelles (vous décomposerez la réaction du plan
incliné en sa composante tangentielle et en sa composante normale). 0,5pt
c. Entourer en rouge la force qui modélise le frottement. 0,5pt
EXERCICE 1 : ARCHEOLOGIE SOUS-MARINE ? (5 pts)
Une pierre, de masse m = 10 kg, suspendue à l’extrémité inférieure d’un câble
est immergée dans l’eau. Elle est immobile. La masse volumique de la pierre est
µpierre= 2,7x103 kg.m-3.
a. Montrer que le volume de la pierre est égal à 3,7x10–3 m3. 0,5pt
b. Faire l’inventaire des forces qui s’exercent sur la pierre (3 forces). Les
représenter sur le schéma. 1,5pt
c. Déterminer les caractéristiques de la poussée d’Archimède FA exercée sur
la pierre. 1,5pt
d. Déterminer, par une méthode analytique, la valeur de la tension T du fil qui
soutient la pierre. 1,5pt
Données :
 Masse volumique de l’eau : µeau = 1 000 kg.m-3
 Intensité de la pesanteur : g = 10 N.kg-1
sens du mouvement
y
x
I-
II-
S
liège
eau

EXERCICE 2 : BOITE D’ALLUMETTE (6 pts)
Une boîte d’allumettes de masse 50 g est posée
sur un plan incliné d’un angle de 35° avec
l’horizontale. Elle reste immobile. L’intensité de la
pesanteur est : g = 10 N.kg-1
1. Faire l’inventaire des forces s’exerçant sur la
boîte d’allumette. On fera apparaître dans ce
bilan les deux composantes de la force
exercées par le plan incliné.1pt
2. Faire un schéma simplifié, représentant toutes les forces avec la même origine. Déterminer les
coordonnées de ces forces dans le repère indiqué sur le schéma. 2,5pts
3. Quelles relations lient ces composantes ? Justifier. 0,5pt
4. Déterminer la valeur Rn de la réaction normale et la valeur Rt de la réaction tangentielle du
plan incliné. 2 pts
EXERCICE 3 : Lois de Newton : 5,5 pts
Un mobile sur coussin d’air, attaché à un ressort dont une extrémité est fixe, est lancé sur une table
horizontale.
1) Le solide est-il pseudo-isolé ? Justifier à l’aide d’une loi de Newton. 1pt
2) Calculer les vitesses V8 et V10 du point G lorsqu’il se trouve aux points M8 et M10. 2 pts
3) Construire au point M9, le vecteur variation de vitesse ΔV9 = V10 – V8 lorsque G est en
M9. On prendra l’échelle 1 cm pour 0,05 m.s-1. 1,5pt
4) On admet que la résultante des forces exercées sur le mobile se confond alors avec la
tension du ressort T. En déduire le sens et la direction de la tension du ressort lorsque
le point G est en M9. Justifier. 1pt
y
x
ECHELLE : 1/1