Ch11 - xobernai

Chapitre 11
1 p 234 : Mots manquants
a. Le travail du poids d'un point matériel lors d'un
déplacement d'un point A à un point B ne dépend que la
différence d'altitude entre le point A et le point B.
b. Le travail d'une force s'exprime en joule.
c. Le travail d'une force constante qui s'exerce sur un point
matériel se déplaçant d'un point A à un point B est égale au
produit scalaire de la force par le vecteur déplacement.
d. Lorsqu'un pendule est soumis à des forces de frottement,
l'amplitude de ses oscillations diminue au cours du temps car
ces forces sont non-conservatives.
montée
:
AN : yB = 1,8 m
b. SI on néglige les forces de frottement, l'énergie mécanique
sera conservée aussi sur la portion descendante et donc, de
retour au point A, toute l'énergie potentielle sera redevenue
cinétique et donc la vitesse sera à nouveau de 6,0 m.s-1.
c. On calcule ΔEM = EM(B) - EM(A) = EP(B) - EC(A)
AN
W =6,5×103 ×9,81×(1038−2310)=−8,7×107 J
Le signe obtenu montre qu'il y a eu une perte d'énergie
mécanique, donc présence d'une force non-conservative
:
(force de frottement fluide ici).
Pour la descente :
W = 8,7 x 107 J
Je rappelle que yA représente l'altitude du point de départ et y B
celle du point d'arrivée.
On peut constater que le travail est résistant dans la phase
montante (W<0) et que le travail est moteur dans la phase
descendante (W>0).
5 p 214 : Calculer le travail d'une force électrique constante
a. ⃗F :
D : celle du vecteur champ (horizontale)
S : celui du vecteur champ (q>0) donc de A vers B.
I : FE = q E = 3,2 x 10-19 x 5 x 104 = 2 x 10-14 N
b. W AB ( F⃗ E)=qU AB=q E d = F E d =1,6×10−15 J
21 p 239 : Chacun sa direction
Les deux billes n'étant soumises qu'à leur poids, on peut écrire
la conservation de l'énergie mécanique pour chacune d'entre
elles. On choisit la table comme origine des potentiels.
Bille A :
1
E MA = m v 0 ²=m g h1
2
au point de départ et l'énergie cinétique est nulle au point le
plus haut de la trajectoire).
Bille B :
1
E MB = m v 0 ²=m g h2
2
Et comme EMA = EMB en déduit que h1 = h2.
25 p 240 : Étude énergétique du pendule simple
a.
10 p235 : Justifier un calcul
a. On effectue l'analyse dimensionnelle dans chaque cas afin
de vérifier l'homogénéité de la relation :
1) [T] = m1/2 . s-1. m1/2 = s-1 (pas homogène à un temps)
2) [T] = kg1/2. m1/2. s-1.m-1/2 = kg1/2. s-1 (pas homogène à un temps)
3) [T] = m1/2 . kg-1/2 (pas homogène à un temps)
4) [T] = m1/2. m-1/2.s = s (homogène à un temps)
C'est donc la dernière expression qui est correcte.
11 p 235 : Effectuer un raisonnement scientifique
Au point de départ de la pierre, celle-ci possède de l'énergie
cinétique obtenue grâce au système de lancement. Son
énergie potentielle est minimale.
Lorsque la pierre s'élève dans son mouvement parabolique,
l'énergie potentielle augmente et l'énergie cinétique diminue.
Une fois la flèche de la trajectoire dépassée (point le plus haut
de la trajectoire) l'énergie cinétique augmente et l'énergie
potentielle diminue.
Lorsque la pierre se plante dans le mur, l'énergie cinétique
s'annule brusquement car la vitesse de la pierre s'annule. La
pierre est soumise à une force non conservative (réaction du
mur) qui contribue à baisser son énergie mécanique qui ne
sera plus constituée que de l'énergie potentielle liée à
l'altitude de la pierre.
15 p 237 : Apprendre à rédiger
a. Bilan des forces :
système : balle
référentiel : terrestre supposé galiléen
inventaire des forces : le poids ⃗P
On applique la conservation de l'énergie mécanique :
(l'énergie potentielle est nulle
A
l
θ
C
B
AB AB
=
et ymax =l− AB=l−l cos θ=l (1−cosθ)
AC
l
E P =mg y max =mgl (1−cos θ)
cosθ=
b. Le graphique indique que EPmax = 29 mJ, de là on tire la valeur
de θ : E P =mgl(1−cosθ)=mgl−mglcosθ
mgl− E P
mgl−E P
soit θ=arccos(
)
mgl
mgl
E M =E P +E C =E P (C) car E C (C)=0
cosθ=
AN : θ = 14°
c.
EM = mgl (1 - cosθ) AN : EM = 29 mJ (cette valeur peut aussi être
obtenue graphiquement en tout point de l'évolution du
système en sommant les valeurs de EC et EP à la même date.
À la verticale, l'énergie potentielle est intégralement convertie
en énergie cinétique, donc :
1
m v éq ²=mgl(1−cosθ)
2
AN : véq = 0,54 m.s
soit :
véq = √ 2 gl(1−cosθ)
-1
- PHYSIQUE CHIMIE TS – ENSEIGNEMENT OBLIGATOIRE -
Exos corrigés
⃗ )=mg ×( y A− y B)
W AB ( P
la
v ²
1
mgy B= m v0 ² soit y B= 0
2
2g
on a : EP(b) = Ec(A) soit :
1
Δ E M =mg y B ' − m v0 ²=−0,49 J
2
4 p 214 : Calculer le travail de la force de pesanteur
On peut utiliser la relation établie en cours :
Pour
EM = EP + EC et on fixe l'origine des potentiels au point A
En A : E M ( A)=E C ( A)
En B : E M ( B)=E P ( B)
Comme les poids est une force conservative, E M ne varie pas et
ymax
Ce document n'est pas conçu pour l'impression. Pensez à notre planète et conservez une version numérique uniquement.

 Connaissance du cours  Exploitation de documents  Exercices de synthèse
d. L'amplitude des oscillations atteint un maximum de 15°. On
peut donc considérer que les amplitudes sont faibles (<20°).
AN : T0 = 1,4 s.
Graphiquement on peut lire la valeur de T E en utilisant un
maximum de périodes. 4 périodes correspondent à 2,8 s.
Donc : TE = 0,70s
La période de l'énergie potentielle est égale à la moitié de celle
des oscillations du pendule. Ce résultat est cohérent étant
donné que l'énergie potentielle de pesanteur s'annule 2 fois
durant une oscillation.
√
b. On donne l'expression de l'ER :
∣T−T 0∣
100θ 0 ²
ER=
×100=
=0,030 %
T0
16
Attention à convertir θ en rad.
c. On exprime le rapport T1 / T2 :
2π
√
√
θ ²
l
(1+ 0 )
g1
16
θ ²
l
2π
( 1+ 0 )
g2
16
=
1
1
m v B ²= m v 0 ²−q U
2
2
2qU
Seule la racine positive a un sens physique.
v B= v0 ²−
m
√
33 p 242 : Objectif BAC : rédiger une synthèse de documents
:
La synthèse doit faire apparaître les notions principales
relevées dans le texte et ce sont les suivantes :
1) La localisation par satellite nécessite l'utilisation des
données issues de 4 satellites.
2) La mesure des durées doit être extrêmement précise
(précision atomique) et nécessite donc une synchronisation
des horloges.
3) La mesure d'une distance entre le point à localiser et le
satellite utilise une mesure de durée (celle nécessaire au signal
pour parcourir le trajet Satellite - GPS de voiture).
est homogène à une durée.
T1
=
T2
E M =E P ( A)+E C ( A)= E P (B )+ E C (B )
Dans les conditions de l'expérience : EP(A) = 0
Donc : E P ( B)+ E C ( B)=E C ( A)
Donc : E C ( B)=E C ( A)− E P (B )= E C ( A)+q U
e. en posant v0 = 0 et en effectuant l'AN : vB = 1,6 x 107 m.s-1.
26 p 240 : Objectif BAC
a. m1/2 . m-1/2 . s = s (SI)
l
g
On obtient donc : W = qUAB = - qU
c. On a donc : E P ( B)=−W AB ( F⃗E )=q U
d. On écrit la conservation de l'énergie mécanique :
√
g2
g1
On en tire l'expression de T2 :
T 2 =T 1
√
g1
g2
AN : T2 = 2,001 s.
d. On voit que la valeur de la période de l'horloge dépend de la
valeur de g. Et comme g est variable d'un point à un autre du
globe, cette horloge ne pourra pas être utilisée pour mesurer
des durées avec précision.
e. A l'image d'un écart relatif, la précision P s'exprime par le
rapport de l'écart sur la durée totale mesurée. En multipliant le
résultat par 100 on obtient une précision en % :
P=
15×100
−4
=1,1×10 %
156×24×60²
r
λ
RT
f. Le schéma ci-contre permet
d'établir la relation entre le
rayon terrestre et la distance r
qui sépare Plymouth de l'axe
vertical passant par le centre de
la Terre.
cos λ=
r
donc r=R T cosλ
RT
En 1 j, la distance parcourue est
de 2 π r et donc en 15 s :
d =2 π RT cos λ×15
=4,5×103 m
24×60²
31 p 242 : Force électrique conservative
a. La force électrique qui doit s'appliquer sur la particule doit
être orientée de de A vers B. On sait que ⃗F =q ⃗E et que
dans notre cas q est négatif. Donc le champ doit être orienté
de B vers A. Comme le champ est toujours orienté vers les
potentiels les plus faibles, la plaque B devra être chargée
positivement et la plaque A négativement. Donc U = U BA.
Donc, on obtient les caractéristiques de ⃗E :
S- de B vers A
D- horizontale (perpendiculaire aux plaques)
I-
E=
b.Par
U
d
définition
U
⃗ F E AB cosα=q AB AB cosα
W AB ( F⃗ E)= F⃗E . AB=
d
:
- PHYSIQUE CHIMIE TS – ENSEIGNEMENT OBLIGATOIRE -
Exos corrigés
avec d = AB et cos α = 0 (mvt horizontal)