Exercices de mécanique

Lycée René Cassin Terminales S
Date……………………… Physique- Chap 8-Lois de Newton
Activité : Vitesse et accélération
Activité 1: Lancer et réception d'un médecine-ball
Lancer le médecine-ball à la verticale et le rattraper.
1- Repérer et noter le (ou les) moment(s) où vous exercez une action sur le médecine-ball, préciser chaque fois dans
quelle direction et dans quel sens s'exerce cette action sur le médecine-ball.
2- Repérer différentes phases dans le mouvement du médecine-ball et les décrire (on se contente d’étudier le
mouvement de son centre). Pour chacune des phases, préciser comment varie la valeur de la vitesse du médecine-ball.
3- Pourquoi se contente-t-on d’étudier le mouvement du centre du médecine-ball ? Quelles sont les informations
perdues ?
4- Remplir et compléter le tableau en vérifiant la cohérence avec le texte du modèle.
Lancer
Représentation des forces
Représentation de la somme des forces
Représentation du vecteur vitesse
Variation de la valeur de la vitesse
(augmente, diminue ou reste
constante)
Variation du vecteur vitesse
5- Que se passe-t-il entre la fin de l’ascension et le début de la descente ? Proposer une explication.
Activité 2: Signification physique de l'accélération en mécanique
Exercice 1 : A votre avis, y a-t-il accélération dans les cas suivants de trajectoires rectilignes ?
a) Véhicule au “ point mort ” initialement à l'arrêt dans une descente
b) Véhicule à vitesse constante sur le plat
c) Véhicule à vitesse constante en montée
d) Véhicule roulant sur une route plate et abordant une montée (le tout à vitesse constante)
e) Véhicule qui freine
f) Véhicule qui percute un mur
Exercice 2 : Peut-on dire pour lequel des deux véhicules la valeur de l'accélération est la plus grande dans les cas suivants:
Véhicule
1
Véhicule 2
Réponse
1
accélération de 80 à 120 km/h en 10 s en descente accélération de 80 à 120 km/h en 10 s en montée
2
accélération de 0 à 120 km/h accélération de 0 à 180 km/h
3
vitesse de 90 km/h pendant 10 s vitesse de 110 km/h pendant 20 s
4
accélération de 80 à 120 km/h en 10 s accélération de 80 à 120 km/h en 12 s
5
accélération de 80 à 120 km/h en 10 s accélération de 80 à 110 km/h en 10 s
6
accélération de 30 à 40 km/h en 2 s accélération de 120 à 130 km/h en 3 s
Pour les cas 4, 5 et 6, représenter les deux courbes d’évolution de la vitesse des véhicules en fonction du temps (on
admettra que la valeur de la vitesse est une fonction affine du temps). Comment l'accélération est-elle traduite sur ces
courbes ?

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Exercice 3 : La vitesse d’un véhicule au cours du temps est
donnée par la courbe ci-contre.
Décrire le mouvement, supposé rectiligne, de ce véhicule.
A quel moment la valeur de l’accélération est-elle maximale ?
Activité 3: Construire un vecteur accélération en mécanique
1 – Cas du lancer et de la réception du médecine-ball.
En vous reportant à l’activité 1, tracer qualitativement (c’est à dire sans échelle précise), pour chacune des phases du
mouvement du MB, le vecteur accélération du MB à un instant quelconque de la phase considérée.
2 – Cas d’un mouvement rectiligne
Sur le document ci-contre figurent 3 points A, C et B correspondant à trois positions successives occupées par un véhicule
à intervalles de temps réguliers. C est une position
intermédiaire.
- situation 1 : le véhicule passe d’une vitesse de valeur égale à
90 km/h au point A à 135 km/h au point B, en 10s.
- situation 2 : le véhicule passe d’une vitesse de valeur égale à
135 km/h au point A à 90 km/h au point B, en 10s.
a) Pour chaque situation :
- Représenter les vecteurs vitesses aux points A et B en vous aidant des échelles de représentation données à la fin de
l’énoncé.
- Déterminer les caractéristiques (direction, sens et valeur) du vecteur accélération au point C. (on assimilera
l’accélération moyenne entre les points A et B à l’accélération au point C).
- Représenter le vecteur accélération au point C à partir des caractéristiques déterminées précédemment et en tenant
toujours compte de l’échelle de représentation donnée à la fin de l’énoncé.
b) Comparaison des 2 situations :
Le calcul de l’accélération du véhicule à partir de la variation de la valeur de la vitesse donne des résultats de signes
opposés d’une situation à l’autre. Proposer une interprétation de cette différence de signe.
Échelles de représentation : On représentera les vecteurs accélérations à l’échelle 1cm pour 0.5 m.s
-2
et les vecteurs
vitesses à l’échelle 1 cm pour 20 m.s
-1
, dans chacune des situations. L’échelle du document est 1 cm pour 30 m.
3 – Cas d’un véhicule roulant à vitesse constante et changeant de direction
Un véhicule roule sur une route horizontale et rectiligne à vitesse constante. Tout en conservant une vitesse de valeur
constante le véhicule s’engage alors dans une montée rectiligne et de pente constante.
En considérant que le mouvement du véhicule peut être décomposé en trois phases en fonction du profil de la route :
horizontale, changement de pente et montée , indiquer pour chaque phase si le mouvement du véhicule est accéléré ou
non. Justifier qualitativement votre réponse en vous référant aux modèles de la mécanique.
4 – Cas d’un mouvement circulaire uniforme
Le document ci-contre représente (vues de dessus) les positions successives d’un objet accroché à un fil à intervalle de
temps régulier (intervalle de temps entre deux positions : 60 ms). Ces positions ont été obtenues grâce à un logiciel de
simulation qui permet de simuler un mouvement sans frottement. On pourra considérer que l’échelle est 1/2.
a. Tracer un vecteur vitesse en un point de la partie circulaire de la
trajectoire.
b. Tracer alors le vecteur accélération à l’instant où l’objet occupe la
position 4 en considérant que celui-ci résulte de la variation du vecteur
vitesse entre les position 3 et 5 sur l’intervalle de temps correspondant
(on assimile donc l’accélération moyenne entre les positions 3 et 5 à
l’accélération dans la position 4).
c. Sans refaire de tracé mais en raisonnant qualitativement, tracer le
vecteur accélération à l’instant où l’objet occupe la position 7.
d. Quelle est (sont) la (les) caractéristique(s) du vecteur vitesse (sens,
direction, valeur) qui varie(nt) au cours du mouvement circulaire de
l’objet nous permettant de justifier l’existence d’une accélération dans
cette situation ?
e. Comparer qualitativement le vecteur accélération et la somme des
forces exercées sur l’objet à la date considérée.