Exercices - Le cours de physique

Le sport. Chapitre 9 (principe d'inertie)
Activités expérimentales
de
2
Lien entre les forces et le mouvement : le principe d'inertie.
Compétences, capacités et attitudes à mettre en œuvre :
□ Réaliser et exploiter des enregistrements vidéo pour analyser des mouvements.
□ Formuler une hypothèse et proposer une méthode pour la valider.
□ Observer et décrire les phénomènes.
□ Maîtriser certains gestes techniques, matériels ou logiciels.
□ Confronter un modèle à des résultats expérimentaux : vérifier la cohérence des
résultats obtenus avec ceux attendus.
□ Élaborer, choisir et utiliser un modèle adapté.
1. Rappeler comment identifier toutes les forces exercées sur un corps.
Le principe d'inertie.
re
e
2. 1 expérience : un livre est lâché au-dessus de la table. 2 expérience : un livre est sur la table. Indiquer les
différences de mouvement du livre lors de ces deux expériences. Indiquer quelle est la force responsable de
cette différence.
e
3. 3 expérience : on lance un livre sur la table horizontale de façon à le faire glisser.
Décrire brièvement son mouvement.
Pourquoi le livre s'arrête-t-il ?
e
4. 4 expérience : décrire le mouvement d'un palet autoporteur sur une table horizontale (après avoir noté ce
qu'est un palet autoporteur).
Préciser quelles sont les forces appliquées sur ce palet.
Qu'en est-il si le palet est initialement à l'arrêt ?
Conclusion : ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
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e
5. 5 expérience : est-il possible, simplement en le lançant, de donner au centre du palet autoporteur une
trajectoire non rectiligne par rapport à la table ?
Conclusion : ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
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re
Principe d'inertie (aussi appelé 1 loi de Newton) :
Tout corps (ou plutôt son centre) conserve son mouvement rectiligne uniforme ou son état de repos si les forces
que l'extérieur exerce sur lui se compensent ou sont nulles.
6. Application : Une valise est déposée dans le coffre d'une voiture.
Si les frottements exercés par le coffre sur la valise sont très faibles, décrire ce qu'il lui arrive lors d'un virage à
droite puis lors d'un freinage.
Effet d'une force sur le mouvement.
7. En utilisant le logiciel AviStep et la vidéo chute-boule-acier (images 22 à 46) décrire le mouvement d'une
boule de pétanque lâchée du premier étage d'une maison et soumise à la force de gravitation.
Quel est l'effet sur le mouvement de la force de gravitation ?
8. En utilisant le logiciel AviStep et la vidéo bille-aimant (images 85 à 103) décrire le mouvement d'une bille
métallique lancée sur une table horizontale (vue de dessus) et soumise à l'action mécanique d'un aimant.
Quel est l'effet sur le mouvement de la force exercée par l'aimant ?
9. Un petit rugbyman tente de vous passer en courant proche de la ligne de touche ; Vous le poussez pour lui
faire mettre le pied en touche.
Que se passe-t-il si vous appliquez la même force à un grand et gros rugbyman ?
Comment doit être la force appliquée pour faire mettre le pied en touche au grand et gros rugbyman ?
Conclusion : ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
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Le sport. Chapitre 9 (principe d'inertie)
Activités expérimentales
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Lien entre les forces et le mouvement : le principe d'inertie.
Éléments de correction.
1. Il faut penser à tous les corps qui sont en contact avec le corps étudié car chacun de ces corps exerce une force
(celle exercée par l'air est souvent négligeable) et aux 3 types de forces à distance (force de gravitation, force
électrique, force magnétique).
Le principe d'inertie.
re
2. Lors de la 1 expérience, le livre a un mouvement rectiligne (vertical et vers le bas) et accéléré par rapport à la
Terre.
Il n'est soumis qu'à une force : la force de gravitation (la force due à l'air est négligeable).
livre
sens du mouvement
Fgravitation
e
Lors de la 2 expérience, le livre est immobile par rapport à la Terre.
Il est toujours soumis à la même force de gravitation mais aussi à la force de réaction de la table (qui l'empêche
de chuter).
Deux forces sont présentes et se compensent totalement (s'annulent) : la force de gravitation exercée par la Terre
sur le livre et la force de la table sur le livre (la force due à l'air est négligeable).
Fde la table
table
Fgravitation
e
3. Lors de la 3 expérience, le centre du livre a un mouvement rectiligne ralenti par rapport à la Terre.
C'est la force de frottement de la table qui fait que le livre ralentit et s'arrête.
Cette fois-ci, les trois forces ne se compensent pas (la force due à l'air est négligeable).
Fde la table
Ffrottement de la table
sens du mouvement
Fgravitation
4. Un palet autoporteur "surfe" sur un coussin d'air qui rend les frottements négligeables.
e
Lors de la 4 expérience, le centre du palet autoporteur a un mouvement rectiligne uniforme par rapport à la
Terre.
Deux forces sont présentes et se compensent (s'annulent) : la force de gravitation exercée par la Terre sur le palet
et la force de la table du coussin d'air sur le palet (la force due à l'air ambiant est négligeable).
Les deux forces se compensent.
Fcoussin air
sens du mouvement
Fgravitation
Si le palet autoporteur est initialement immobile par rapport à la Terre il reste immobile.
Conclusion : Ici les forces se compensent (s'annulent) et on observe un mouvement rectiligne uniforme ou
l'immobilité par rapport à la Terre.
e
5. Lors de la 5 expérience, même en essayant de "donner de l'effet" au palet, rien n'y fait : son centre a toujours
un mouvement rectiligne uniforme par rapport à la Terre.
Conclusion : Lorsque les forces se compensent (s'annulent), le seul mouvement possible, par rapport à la Terre,
pour le centre du corps, est le mouvement rectiligne uniforme ou l'immobilité.
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6. Si on peut négliger les frottements dans le coffre, la valise est soumise à des forces qui se compensent
(comme lors les questions 4 et 5) donc la valise a un mouvement rectiligne uniforme par rapport à la Terre ;
C’est-à-dire qu'elle continue tout droit et à vitesse constante par rapport à la Terre (jusqu'à ce qu'elle cogne
contre les parois du coffre, car alors les forces ne se compensent plus).
De ce fait, par rapport à la voiture, quand la voiture tourne à droite, la valise va vers la gauche et quand la
voiture freine, la valise va vers l'avant ; Mais elle n'est pas à proprement parlé "projetée" vers la gauche ou vers
l'avant : elle continue juste tout droit et à vitesse constante par rapport à la Terre alors que la voiture tourne ou
freine.
Effet d'une force sur le mouvement.
7. Après le lâché, la boule à une vitesse de plus en plus importante (mouvement accéléré) par rapport à la Terre.
La force de gravitation (qui n'est compensée par aucune autre force) change la vitesse de la boule.
8. Avant l'aimant, la trajectoire est rectiligne par rapport à la Terre. Proche de l'aimant, elle est curviligne. Après
l'aimant, elle est de nouveau rectiligne.
La force exercée par l'aimant (qui n'est compensée par aucune autre force) dévie la trajectoire de la bille.
9. (Par rapport à la Terre) Si le rugbyman est plus lourd, la force exercée ne suffit plus pour lui faire mettre le
pied en touche. Pour obtenir le même effet sur le grand et gros rugbyman il faut exercer une force plus
importante.
Conclusion : Si la masse du corps est plus grande alors l'effet d'une force sur son mouvement est plus faible.
Pour obtenir un même effet, si la masse du corps est plus grande alors la force doit être plus importante.
Le sport. Chapitre 9 (principe d'inertie)
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Lien entre les forces et le mouvement : le principe d'inertie.
Liste du matériel.
Au bureau :
□ palet auto-porteur avec sa table de marquage à impulsions électriques
Pour chaque binôme :
□ ordinateur avec logiciel AviStep
□ vidéo : bille-inertie (je m'en charge)
□ vidéo : dans-l-espace (je m'en charge)
□ vidéo : chute-boule-acier (je m'en charge)
□ vidéo : bille-aimant (je m'en charge)
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