word - Physique

Exercices de révision de physique
1- Rappeler le principe d'inertie et sa réciproque
Le principe d'inertie affirme que tout objet soumis à des forces qui se compensent ou bien soumis à aucune force, soit
reste immobile, soit conserve un mouvement rectiligne uniforme.
Réciproquement, si un objet est immobile ou bien est animé d'un mouvement rectiligne uniforme alors, il est soumis à
des forces qui se compensent (ou bien à aucune force).
2- Une balle de masse m = 50,0 g est posée sur le sol. Quelles sont les forces qui s'appliquent sur la balle ?
La balle est soumise à son poids (appelée aussi force de pesanteur. C'est la force attractive exercée par la Terre
sur la balle)
Elle est également soumise à la force exercée par le sol sur la Terre qui l'empêche "de s'enfoncer dans le sol".
3- La balle est immobile. Que pouvez vous dire des forces qui s'appliquent sur la balle ? Justifier la réponse.
D'après la réciproque du principe d'inertie, puisque la balle est immobile, on peut dire que les forces se
compensent.
4- Préciser les caractéristiques des forces énumérées à la question 2. Donnée : g = 9,8 N.kg-1
Poids :
direction : verticale ;
sens : vers le bas ;
point d'application : centre de gravité de l'objet (appelé aussi centre de masse de l'objet)
intensité : P = m × g (Attention : m en kg car g est en N.kg-1 !)
P = 50,0 × 10-3 × 9.8
P = 0,49 N (on ne garde que 2 chiffres significatifs car le plus petit nombre de chiffre significatif dans les
termes du calcul est de 2)
Force exercée par le sol sur la balle :
direction : verticale ;
sens : vers le haut (cette force est orientée de manière à compenser le poids)
point d'application : point de contact entre le sol et la balle (c'est une interaction de contact)
intensité : F = P car cette force doit compenser le poids.
on a donc F = 0,49 N
5- Représentez ces forces. Vous prendrez comme échelle 1 cm → 0,250 N.
Longueur du vecteur : l = 0,49 N × 1 cm / 0,250 = 2,0 cm
Fsol/balle
P
La balle est à présent en mouvement et se déplace de gauche à droite. On réalise un enregistrement de son
mouvement en prenant des photos à intervalle de temps régulier que l'on superpose.
P1
P2
P3
P4
P5
P6
6- Comment s'appelle ce type d'enregistrement ? C'est une chronophotographie.
7- Caractériser le mouvement (trajectoire et évolution de la vitesse de la balle).
Le mouvement est rectiligne décéléré (ou ralenti)
8- Expliquer pourquoi l'on peut dire que par rapport à la question 2, une force supplémentaire s'applique sur la balle.
Le mouvement de la balle n'est pas rectiligne uniforme et la balle n'est pas immobile. C'est donc qu'il s'applique sur la
balle une troisième force qui n'est compensée par rien. Ce peut être par exemple une force de frottement (soit des
frottements solides exercés par le sol, soit des frottements exercés par l'air sur la balle.
9- Entre deux clichés, il s'écoule 500 ms. Sur la feuille, 1 cm représentent dans la réalité 10 cm.
Rappeler la formule permettant de calculer la vitesse moyenne d'un objet en précisant les unités à utiliser pour
obtenir une vitesse en m/s, puis calculer la vitesse moyenne de la balle entre les positions P1 et P2.
v = d/Δt
Si la vitesse est en m/s,
d, la distance par couru pendant une durée Δt doit être exprimée en m
et Δt, la durée doit être exprimée en s
Sur le dessin d = 2,6 cm donc en réalité, d = 26 cm = 26 × 10-2 m
Entre deux images, Δt = 500 ms = 500 × 10-3 s
D'où v = 26 × 10-2 / 500 × 10-3
v = 5,2 × 10-1 m/s (ou m.s-1)
Entre P1 et P2, la vitesse moyenne de la balle est de 5,2 × 10-1 m/s.
10- Donner les ordres de grandeur des grandeurs physiques suivantes :
Distance de 5,163 km : 5 km
Pression de 2,36 × 105 Pa : 2 × 105 Pa
11- Quelle est l'équivalence qui permet de passer des Bar aux Pascals (Pa) ? 1 Bar = 1 × 105 Pa
12- Convertir 12 Bar en Pascal : 12 Bar = 12 × 105 Pa
13- Convertir 2,5 L en mL : 2,5 L = 2,5 × 103 mL
Un parachute de levage est une sorte de ballon rempli d'air qui permet de remonter des objets lorsque l'on fait de la
plongée. Un parachute de levage de volume V1 = 5,00 L est rempli de à la pression P1 = Patm = 1,0 Bar à la surface de
l'eau. On immerge ce parachute.
14- Comment varie qualitativement la pression de l'eau lorsqu'on descend en profondeur ?
La pression de l'eau augmente au fur et à mesure que l'on descend en profondeur (dû au poids de la colonne d'eau
au dessus)
15- Le parachute de levage est immergé à une profondeur où la pression de l'eau est de P = 5,5 Bar. La pression de l'air
dans le parachute est la même que la pression de l'eau qui l'entoure.
Rappeler la loi de Boyle-Mariotte en précisant les conditions d'application de cette loi.
La loi de Boyle Mariotte affirme que si la température est constante, pour une quantité de gaz donnée,
P × V = constante
où P est la pression du gaz
et V le volume occupé par le gaz.
Cette relation n'est valable que si la pression n'est pas trop élevée.
16- Calculer le volume occupé par l'air contenu dans le parachute de levage lorsque le parachute est ainsi immergé.
On suppose que la température est constante et on applique la loi de Boyle-Mariotte au gaz contenu dans le
parachute de levage.
On note V le volume occupé là où P = 5,5 Bar
P × V = P1 × V1
d'où V = P1 × V1 / P
V = 5,00 × 1,0 / 5,5 (les deux pressions sont toutes les deux en Bar, pas besoin donc de les convertir)
V = 0,91 L (on garde deux chiffres significatifs pour le résultat)
Le volume du gaz contenu dans le parachute de levage est de 0.91 L là où la pression P est de 5,5 Bar.
17- Comment évolue la solubilité d'un gaz dans un liquide lorsque la pression augmente ?
Lorsque P augmente, la solubilité d'un gaz dans un liquide augmente.
18- Comment va varier la quantité de dioxygène dissous dans le sang d'un plongeur lorsqu'il va descendre en
profondeur. Expliciter votre raisonnement.
Lorsque le plongeur va descendre en profondeur, la pression va augmenter. Par conséquent, la quantité de dioxygène
gazeux dissous dans le sang va aussi augmenter.
19- Citez deux accidents qui peuvent survenir en plongée si un plongeur immergé à 60 m sous la surface de l'eau
remonte trop brusquement.
Si le plongeur remonte, la pression va diminuer. La quantité de gaz dissous dans son sang va diminuer. Le
diazote et le dioxygène vont en partie repasser à l'état gazeux dans les vaisseaux. Si le plongeur remonte trop
brusquement, il n'aura pas le temps d'évacuer ces bulles au niveau des poumons et celles-ci risquent d'obstruer ses
vaisseaux.
Par ailleurs, d'après la loi de Boyle-Mariotte, puisque lorsque le plongeur va remonter, la pression va diminuer, le
volume du gaz contenu dans les poumons du plongeur va augmenter.
Si celui-ci remonte trop brusquement sans expirer régulièrement lors de sa remontée, il risque une déchirure
pulmonaire.
20- Un gaz est contenu dans une enceinte en forme de parallélépipède. L'aire de la surface grisée est de 430 cm2. Le gaz
à l'intérieur du parallélépipède est à la pression P = 15 Bar. Donner l'expression littérale de l'intensité de la force
pressante sur la surface grisée en précisant les unités.
Fgaz/paroi
F = P × S avec F en N, P en Pa et S en m2
21- Calculer l'intensité de la force pressante sur la surface grisée.
Il faut convertir P en Pa et S en m2
S = 430 cm2 = 430 (10-2 m)2 = 430 × 10-4 m2
F=P×S
F = 15 × 10 5 × 430 × 10-4
F = 6,5 × 10 4 N
La force pressante exercée par le gaz sur la surface grisée est de 6,5 × 10 4 N
22- Préciser les autres caractéristiques de cette force
Direction : orthogonale (c'est à dire perpendiculaire) à la paroi
Sens : du gaz vers l'extérieur (le gaz pousse sur la paroi)
Point d'application : au centre de la surface (c'est une action mécanique de contact)
23- Représenter cette force sur le schéma. Vous prendrez comme échelle 1 cm → 3 × 104 N (calcul à expliciter)
Calcul de la longueur du vecteur :
l = 6,5 × 10 4 N × 1 cm / 3 × 104 N
l = 2,2 cm