Fiche exercices 03

Fiche
THEME 2. LE SPORT
Exos  4 PRINCIPE D’INERTIE
On rappelle que g = 9,80 N.kg -1, mais on arrondit à la valeur g = 10,0 N.kg -1.
EXERCICE 1.
Un palet, de masse 30,0 g, est tiré par un fil qui exerce, grâce à un dispositif non décrit ici, une tension T de valeur constante égale à
0,5 N.
Sens du mouvement.
Le palet se déplace sur une surface horizontale légèrement rugueuse,
fig 1
à vitesse constante en maintenant un mouvement rectiligne.
1°) Enoncer le principe d’inertie.
2°) Ce principe est-il applicable au cours du mouvement du système
étudié. Bien justifier la réponse.
3°) Faire l’inventaire des forces appliquées au système.
4°) Quelle est la relation vectorielle vérifiée par les forces appliquées au système ?
5°) En tenant compte d’une échelle, représenter tous les vecteurs force avec le centre d’inertie G du système comme unique point
d’application des forces. Compléter éventuellement les caractéristiques de l’une ou l’autre force. Echelle:
1 cm <----> 0,10 N
6°) Déterminer les caractéristiques de la force f de frottement exercée par le sol sur le palet.
7°) Quelle est la nature du mouvement si la tension T exercée par le fil, ayant même direction et même sens que le mouvement du palet, a
pour valeur T = 0,60 N ? Bien justifier la réponse. On fait l’hypothèse que la valeur de la force de frottements n’a pas changé.
8°) Le principe d’inertie serait-il alors applicable ? Bien justifier la réponse.
Le palet, de masse 30,0 g n’est plus tiré par un fil. Le palet aborde une nouvelle surface horizontale.
Il poursuit son mouvement rectiligne à vitesse constante.
9°) Quelle est la relation vectorielle vérifiée par les forces appliquées au système ?
10°) Faire l’inventaire des forces appliquées au système. Donner le maximum de caractéristiques.
11°) Quelle est la nature du sol sur lequel se déplace maintenant le palet au cours de cette seconde phase. Est-il identique à celui de la
première phase (Y-a-t-il des frottements au contact du palet) ? Ou est-il parfaitement lisse ? Bien justifier la réponse.
EXERCICE 2.
Un surfeur glisse sur une pente inclinée d’un angle alpha de 10° par rapport à l’horizontale
suivant une trajectoire rectiligne. (Fig 1).
La masse du système {surfeur + équipement , assimilable à un seul solide, est M = 70 kg.
Fig 1
E
En position de recherche de vitesse, le surfeur a atteint une vitesse constante de 60,0 km.h -1.
1°) Exprimer la vitesse en m.s-1.
G
2°) Quelle distance parcourt-il en 30 s ?
D
3°) Faire l’inventaire des forces appliquées au système.
4°) Quelle est la relation vérifiée par les forces appliquées au système ?
B
5°) Déterminer la valeur R de la force R exercée par la piste sur le surf. Bien justifier.
On prendra pour échelle 1 cm pour 100 N.
A
C
6°) Déterminer la valeur f de la force de frottements f de la piste sur le surf.
7°) Déterminer la valeur N de la composante normale N de la piste sur le surf.
8°) Le surfeur aborde un virage sur sa droite. Le principe d’inertie est-il toujours vérifié ?
Fig 2
Le surfeur, toujours assimilable à un solide de masse M = 70 kg. aborde une zone plane mais
enneigée (Fig 2).
L’ensemble des forces de frottements peut être modélisé par une force f de valeur f = 200 N.
9°) Faire l’inventaire complet des forces appliquées au système.
E
10°) Quelle est la nature du mouvement du surfeur sur cette partie de la piste ? Bien justifier.
G
D
Le surfeur, toujours dans la situation de la figure 2, s’accroche maintenant à un chasse neige
par l’intermédiaire d’une tige rigide. Il est ainsi tracté par le chasse neige dans un mouvement rectiligne uniforme.
11°) Donner les caractéristiques complètes de la force T exercée par le chasse-neige sur le
surfeur. Bien justifier.
Lycée Michel de Montaigne - M. Brasseur - Année 2008 / 2009
B
A
C
EXERCICE 3.
Un voyageur tracte une valise de masse m = 8,5 kg sur un plan horizontal. La valise se déplace d’un mouvement de translation rectiligne uniforme. Le voyageur exerce une force de 100 N avec un angle de 30° avec l’horizontale.
1. Faire le bilan des forces agissant sur la valise.
2. Quelle égalité vectorielle doivent vérifier ces forces ? Illustrer par un schéma. On prendra pour échelle 1 cm pour 20 N.
3. Quelle est la nature des contacts entre le sol et la valise (parfaitement glissant, avec ou sans frottement) ?
4. Dans le cas de frottements, calculer la valeur f des forces de frottement.
5. En déduire la valeur R de la réaction du sol.
EXERCICE 4.
Pour monter une pente, un voyageur lourdement chargé pose une valise de masse m = 12 kg sur un tapis roulant rectiligne légèrement
incliné d’un angle 5° par rapport à l’horizontale.
La valise reste immobile par rapport au tapis qui se déplace vers le haut à vitesse constante par rapport au référentiel terrestre lié au sol.
1. Faire un bilan des forces.
2. Calculer la valeur de la force de frottements exercée sur la valise par le tapis.
La valise aborde un tapis roulant rectiligne incliné d’un angle de 10°. On suppose que la nature du revêtement du tapis est identique à
celui qui recouvre le premier tapis, de sorte que l’on suppose que la force de frottement a même valeur.
3. Décrire la situation. Que se passe-t-il pour la valise ?
EXERCICE 5.
Un lugeur de masse m =80 kg (équipement compris) descend une piste rectiligne
inclinée d’un angle 18° par rapport à l’horizontale à la vitesse constante de
42 km.h-1.
y
L’ensemble des forces de frottements (piste et air) sont modélisées par une force unique
f opposée au mouvement.
G
Le lugeur garde une position du corps fixe sur la luge: on peut le modéliser par un solide
en mouvement rectiligne.
1. Exprimer la vitesse moyenne en unité officielle.
2. Faire le bilan des forces agissant sur le lugeur pendant la descente.
3. Quelle égalité vectorielle doivent vérifier ces forces ? Illustrer par un schéma.
I
4. Calculer la valeur f de la force de frottement.
x
Le lugeur aborde une partie verglacée de la piste.
5. En l’absence de frottement, le lugeur conserve-t-il un mouvement de translation rectiligne uniforme ?
EXERCICE 6.
Une bille de masse 100 g, est en équilibre sur le schéma ci-contre. Le ressort exerce sur la bille
une force FRessort/Bille dirigée vers le mur et qui a pour valeur FRessort/Bille = 0,5 N.
1°) Faire le bilan des forces.
2°) Ecrire les conditions nécessaires à l’équilibre de la bille.
3°) Déterminer la valeur FFil/Bille de la tension FFil/Bille et la valeur de l’angle que fait le fil AB avec la
verticale.
EXERCICE 7.
Alain pousse un chariot de masse 50 kg à vitesse constante et rectiligne avec une force F constante horizontale de valeur F = 400 N.
On suppose que l’ensemble des foces exercées par le sol sur le chariot se ramène à une seule
force R appliquée au point A de contact entre la roue avant et le sol.
1°) Faire l’inventaire des forces appliquées au système.
3°) Déterminer, par la méthode de ton choix (graphique ou calcul) toutes les caractéristiques
inconnus des forces qui apparaissent dans l’inventaire effectué à la question 1°).
G
Donnée: Une échelle éventuellement nécessaire est proposée: 1 cm <----> 50 N
Alain aborde, par un virage, le rayon boucherie.
D
B
2°) Quelle est la relation vectorielle vérifiée par les forces appliquées au système ?
A
4°) Le principe est-il toujours applicable ? Justifier la réponse.
Lycée Michel de Montaigne - M. Brasseur - Année 2008 / 2009
C