Chapitre 6 : La troisième loi de Newton

Exercices
6.1 La loi de l’action et de la réaction
1 Pour se déplacer lors de leurs sorties dans l’espace, les astronautes se servent
de propulseurs portatifs qu’ils fixent à leur dos. Une fois sa mission à l’extérieur
accomplie, une astronaute, qui se trouve à 50 m de l’écoutille, veut réintégrer la
station orbitale. Elle constate alors que son propulseur portatif ne fonctionne plus.
Que peut-elle faire pour atteindre l’écoutille ?
Elle peut retirer son propulseur portatif et le lancer de toutes ses forces en sens opposé de l’écoutille.
La force qu’elle exercera sur le propulseur provoquera en retour sur elle une force de même
intensité, mais de sens inverse, qui devrait la conduire jusqu’à l’écoutille.
2 Deux astronautes en sortie extravéhiculaire dans l’espace décident de se lancer
une balle de base-ball pour se délasser. Qu’arrive-t-il à mesure que le jeu progresse ?
• Chaque fois qu’un astronaute lance la balle, il exerce sur elle une force vers l’avant qui la fait
accélérer. En retour, il subit une force qui le fait accélérer vers l’arrière.
• Chaque fois qu’un astronaute attrape la balle, il exerce sur elle une force vers l’avant qui la fait
décélérer. En retour, il subit une force qui le fait accélérer vers l’arrière.
• Par conséquent, à mesure que le jeu progresse, les deux astronautes s’éloignent l’un de l’autre.
3 Une petite voiture et un gros camion entrent en collision.
a) Lequel des deux véhicules subit la plus grande force ? Expliquez votre réponse.
Les forces subies par les deux véhicules sont de même grandeur, puisqu’il s’agit d’une paire
action-réaction.
b) Lequel subit la plus grande accélération ? Expliquez votre réponse.
La petite voiture subit la plus grande accélération, puisque sa masse est inférieure à celle du
camion (deuxième loi de Newton).
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202 LA MÉCANIQUE EXERCICES
6
Exercices | Chapitre

4 Est-ce que les paires de forces suivantes sont des paires action-réaction ?
a) La force gravitationnelle et la force normale qui s’exercent oui
3
non
sur un objet en équilibre sur une surface.
b) La force gravitationnelle exercée sur une voiture et la force
3
oui non
avec laquelle cette voiture attire la Terre vers elle.
c) Les forces gravitationnelles exercées sur la planète Mars
3
oui non
par le Soleil et sur le Soleil par la planète Mars.
d) La force de friction exercée par le plancher sur un soulier
3
oui non
et la force de friction exercée par le soulier sur le plancher.
5 Une enfant assise dans une auto tamponneuse fonce vers trois de ses amis, qui prennent place
dans une autre auto tamponneuse. La collision entre les 2 voitures produit une paire de forces
de 45 N chacune. La masse de l’enfant et de la première voiture est de 150 kg, tandis que la
masse de la seconde voiture et de ses passagers est de 250 kg. Quelle accélération chaque
auto tamponneuse subit-elle à la suite de la collision ?
Réponse :
L’accélération de la première auto tamponneuse est de 0,30m/s2, tandis que l’accélération de
la seconde est de 0,18m/s2 en sens inverse.
1. a1  ? (accélération de la première voiture)
a2  ? (accélération de la seconde voiture)
2. F1  45N
F2  45N
m1  150kg
m2  250kg
3. F  ma
D’où a  F
m
FA  FB
4. a1  F1
m1  45N 150kg  0,30m/s2
a2  F2
m2  45N
250kg  0,18m/s2
6 Un petit chien saute sur place pour attraper une branche d’arbre. Avec ses pattes,
il exerce une force sur le sol. Comment cette force vers le bas lui permet-elle de
s’élever vers le haut ?
Le chien pousse sur le sol vers le bas. Selon la troisième loi de Newton, le sol exerce en retour une
force de même grandeur mais de sens opposé sur le chien. C’est la force exercée vers le haut sur le
chien par le sol qui permet à ce dernier de vaincre la force gravitationnelle et se s’élever vers le haut.
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203EXERCICES CHAPITRE 6
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LA TROISIÈME LOI DE NEWTON
6
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6.2 La force centripète
1 Si on fait tourner rapidement un seau contenant un peu d’eau autour d’un point
fixe, l’eau demeure dans le seau. Comment expliquez-vous ce phénomène ?
Dans cette situation, l’eau est en mouvement et elle a tendance à poursuivre son chemin en ligne
droite à cause de son inertie. Cependant, la rotation du seau crée une force centripète qui la force
à changer constamment d’orientation vers le centre du cercle. Elle n’arrive donc jamais à sortir du
seau, puisque le fond du seau l’en empêche.
2 Dans une sécheuse, le mouvement rotatif du tambour favorise l’extraction de l’eau
contenue dans les vêtements mouillés. Expliquez ce phénomène.
L’eau en mouvement cherche à poursuivre son chemin en ligne droite à cause de son inertie, ce qui
fait en sorte qu’elle s’éloigne du centre du tambour.
3 Pourquoi avons-nous l’impression d’être projetés vers le côté lorsque, en auto,
nous négocions une courbe à grande vitesse ?
L’inertie nous maintient de façon naturelle dans une trajectoire rectiligne. Pour changer cet état
de mouvement pour une trajectoire circulaire, il faut qu’une force centripète s’exerce sur nous.
Celle-ci provient du siège et de la ceinture de sécurité.
4 Pourquoi la Lune ne tombe-t-elle pas sur la Terre ?
À cause de son inertie, la Lune tend à décrire un mouvement rectiligne uniforme. Ce mouvement
est cependant constamment dévié vers le centre de la Terre par la force gravitationnelle que cette
dernière exerce sur elle. Par conséquent, la Lune est en orbite autour de la Terre.
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207EXERCICES CHAPITRE 6
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LA TROISIÈME LOI DE NEWTON
6
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5 Pour étudier les effets de l’accélération sur le corps humain, la NASA, c’est-à-dire
l’Agence spatiale américaine, a mis au point de grandes centrifugeuses dans
lesquelles les astronautes peuvent prendre place.
a) Si le rayon d’une de ces centrifugeuses est de 15 m et qu’un astronaute
y tourne à la vitesse de 36 m/s, quelle est la grandeur de l’accélération
centripète qu’il subit ?
b) Cette accélération est supérieure à l’accélération gravitationnelle g. Combien
de fois lui est-elle supérieure ?
Cette accélération est 8,8 fois supérieure à celle due à la gravité.
6 Une voiture de 1400 kg négocie un virage dont le diamètre est de 200 m
à la vitesse de 35 km/h.
a) Quelles sont la grandeur et l’orientation de la force centripète exercée sur
la voiture ?
b) D’où cette force centripète provient-elle ?
Elle provient de la friction exercée par la route sur les roues de la voiture.
Réponse :
La grandeur de l’accélération centripète subie par l’astronaute est de 86m/s2.
Réponse :
La voiture subit une force de 1300N orientée vers le centre du virage.
1. ac  ?
2. r  15m
v  36m/s
3. ac  v2
r
4. ac  (36m/s)2
15m
ac  86,4m/s2
1. Fc  ?
2. m  1400kg
r  diamètre
2  100m
v  35km/h  35  1000m
3600s  9,72m/s
3. Fc  mv2
r
4. Fc  1400kg  (9,72m/s)2
100m
Fc  1323N
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208 LA MÉCANIQUE EXERCICES
6
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Exercices
Synthèse du chapitre 6
1 Quelles sont les paires action-réaction présentes dans les situations suivantes ?
a) Une joueuse de basket-ball lance le ballon vers le panier. (Considérez
uniquement les forces produites ou subies par la joueuse.)
• La joueuse exerce une force sur le ballon. En retour, le ballon exerce une force sur la joueuse.
• La joueuse exerce une force sur le plancher. En retour, le plancher exerce une force sur la
joueuse.
• La Terre exerce une force sur la joueuse. En retour, la joueuse exerce une force sur la Terre.
b) Une voiture emboutit un lampadaire. (Considérez uniquement les forces
produites ou subies par la voiture.)
• La voiture exerce une force sur le lampadaire. En retour, le lampadaire exerce une force
sur la voiture.
• La voiture exerce une force sur le sol. En retour, le sol exerce une force sur la voiture.
• La Terre exerce une force sur la voiture. En retour, la voiture exerce une force sur la Terre.
c) Le vent pousse un voilier naviguant sur la mer. (Considérez uniquement les
forces produites ou subies par le voilier.)
• Le vent exerce une force sur le voilier. En retour, le voilier exerce une force sur le vent.
• La mer exerce une force sur le voilier. En retour, le voilier exerce une force sur la mer.
• La Terre exerce une force sur le voilier. En retour, le voilier exerce une force sur la Terre.
2 Une éprouvette placée dans une centrifugeuse subit une accélération équivalant
à 49 000 fois l’accélération gravitationnelle à la surface de la Terre.
a) Si le rayon de la centrifugeuse est de 8,00 cm, quelle est la grandeur de la
vitesse à laquelle l’éprouvette tourne ?
Réponse :
L’éprouvette tourne avec une vitesse dont la grandeur est de 196m/s.
1. v  ?
2. ac  49000g, soit 480200m/s2
r  8,00cm ou 0,0800m
3. ac  v2
r
D’où v  ac  r
4. v  480200m/s2  0,0800m
v  196m/s
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210 LA MÉCANIQUE EXERCICES
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