Physique 5042 - Commission scolaire de Laval
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Commission scolaire des Laurentides CORRIGÉ Physique 5042 Forme A CINÉMATIQUE ET QUANTITÉ DE MOUVEMENT PHYSIQUE 5042 Préparé par Isabelle Lapierre PRETEST Janvier 2003 Physique 5042 Prétest (Forme A) Cinématique et quantité de mouvement 1. Romain est à la place du passager dans une auto qui roule sur l'autoroute 15 vers Montréal. Il lance une pièce de 25 cents vers le haut pour passer le temps. Choisissez, parmi les énoncés qui suivent, ceux qui sont faux et corrigez-les de façon à les rendre valides : A. B. C. D. Pour Gary, le conducteur de l'auto, Romain se déplace mais est immobile. La trajectoire verticale de la pièce de 25 cents est indépendante du mouvement horizontal de l'auto. Ghislain qui dépasse la voiture de Gary et Romain ne perçoit pas le même mouvement de la pièce de 25 cents que Romain. L'auto dans laquelle se trouve Romain dépasse un train qui se déplace à grande vitesse. Pour Georges qui est dans le train, l'auto semble reculer car l'auto ne roule pas dans la même direction que le train. Rép. : A et D (0,1 ou 2 points) A) … Romain est au repos et immobile (0 ou 1 point) B) … ou que l'auto et le train se déplacent dans la même direction mais à des vitesses différentes. (0 ou 1 point) 4 points 2. Les énoncés suivants se rapportent à un mobile en mouvement. Déterminez quels sont les 2 énoncés faux ou incomplets et corrigez-les afin de les rendre valides. A. B. C. D. L'orientation d'un déplacement dépend du chemin parcouru par un mobile. Le déplacement d'un mobile correspond à la longueur de la trajectoire qu'il a suivie. La trajectoire d'un mobile est généralement plus longue que son déplacement. Une trajectoire peut se confondre avec un déplacement à 2 conditions : la trajectoire est rectiligne et le mobile va dans le même sens. Rép. : A et B (0,1 ou 2 points) A. … est indépendante du chemin… (0 ou 1 point) B. La distance parcourue par un mobile (0 ou 1 point) 4 points 3. La voiture de Martine a un odomètre brisé. Elle effectue un trajet entre Sherbrooke et Montréal. Quelle méthode pouvez-vous lui proposer qui lui permettrait de mesurer sa vitesse sans avoir besoin de son odomètre? Il suffit de connaître la distance précise entre Sherbrooke et Montréal du début à la fin du trajet. Par la suite, on divise la distance par le temps qui a été nécessaire pour effectuer le trajet. On obtient ainsi la vitesse. (0 à 4 points selon la qualité de l'explication) 4 points Page 1 de 7 4. Associez la situation suivante au(x) graphique(s) et à ou aux énoncés appropriés. A) Un joueur de baseball lance une balle horizontalement à 150 km/ h. v B) v (m/s) (m/s) 42 42 - t (s) C) v (m/s) t (s) D) v (m/s) 150 t(s) E) F) G) H) t(s) Le mouvement correspond à un MRU. Le mouvement correspond à un MRUA. La pente du graphique position-temps est une constante. La pente du graphique position-temps vaut 0. Rép. : A, E et H (3 réponses = 4 points, 2 réponses = 2 points, 1 réponse ou moins = 0 point 5. La quantité de mouvement d'un objet correspond à l'équation : ﺣ ﺣ P = mv 4 points . Choisissez, parmi les énoncés suivants, les 2 qui sont faux et corrigez-les de façon à les rendre valides. A. La voiture de Daniel se déplace à 100 km/h vers l'ouest. La voiture de Maurice se déplace à 80 km/h vers l'est. D'ici peu, ils entreront en collision et la quantité de mouvement totale du système sera changée. B. Une boule de pâte à modeler de 10 g fonce à 1.5 m/s sur une deuxième boule de 20 g au repos. Après collision, les deux boules restent collées ensemble et leur vitesse est la même. C. Pour tripler sa quantité de mouvement, on doit nécessairement tripler sa masse ou sa vitesse. D. Une rondelle de hockey de 0.15 kg glisse à 15 m/s sur une glace lisse et plane. Elle traverse une section de neige pendant 3 secondes et continue son chemin à 8 m/s. La rondelle n'a subit aucune variation dans sa quantité de mouvement pendant tout le trajet. Rép. : A et D (0,1 ou 2 points) A) … du système vaut 0. (0 ou 1 point) B) La quantité de mouvement change à cause du frottement : p = p' - p = mv' - mv = (0.15x8)-(0.15x15) (0 ou 1 point) ~ 1.05kg m s 4 points Page 2 de 7 6. Différents graphiques en fonction du temps sont présentés ci-dessous. A. B. C. D. E. F. Si l'axe des y correspond à une vitesse, quel(s) graphique(s) représente(nt) un MRU. 3 Si l'axe des y correspond à une vitesse, quel(s) graphique(s) représente(nt) un MRUA. 2 Si l'axe des y correspond à une position, quel(s) graphique(s) représente(nt) un MRU. 2 Si l'axe des y correspond à une position, quel(s) graphique(s) représente(nt) un MRUA. 1 Si l'axe des y correspond à une accélération, quel(s) graphique(s) représente(nt) un MRU. 4 Si l'axe des y correspond à une accélération, quel(s) graphique(s) représente(nt) un MRUA. 3 (6 bonnes réponses = 2 points, 4 et 5 bonnes réponses = 1 point, 3 bonnes réponses ou moins = 0 point) G. Associez pour les 2 énoncés suivants le ou les graphiques correspondant et mentionnez le type de courbe (position-temps, vitesse-temps, accélération-temps). I. Un train roule à 80 km/h pendant plusieurs heures. d/t graphique 2 v/t graphique 3 a/t graphique 4 II. Pierre lance une balle du haut d'une montagne de 25 m. _ d/t graphique 1 v/t graphique 2 a/t graphique 3 (6 bonnes réponses = 3 points, 4 ou 5 bonnes réponses = 2 points 3 bonnes réponses ou moins = 0 point). 7. 5 points Ces différents graphiques ont été produits à l'aide d'expériences en laboratoire sur les MRU et MRUA. Associez les équations suivantes au(x) bon(s) graphique(s). (3 bonnes réponses = 5 points, 2 bonnes = 2 points, 1 bonne = 1 point) A) vF = at + vi B) s = vit + si C) Vit + 1/2at2 graphique 1 graphique 5 graphique 4 v v t t s t v t s t s 5 points Page 3 de 7 8. Un écureuil effectue le trajet suivant : 10 m au sud suivi de 40 m à l'ouest puis 15 m à 300 au nord de l'est. Après, il finit par s'arrêter. A. Calculez la distance totale parcourue par l'écureuil. 10 m + 40 m + 15 m = 65 m (0 ou 2 points) B. Quel est son déplacement? X 27 m à 1850 ou 27 m à 50 au sud de l'ouest ou 27 m à 850 à l'ouest du sud R (0 ou 3 points) 9. 5 points Une course de voilier a lieu sur un lac de 30.5 km de longueur. Jean est à bord du "Vif d'argent", il vogue à 15 km/h et a débuté la course il y a 30 minutes. Gaétan, à bord du "Maréchal Pétain" vogue à 12 km/h et a débuté la course il y a 40 minutes. A. Dans combien de temps se croiseront-ils? Vif d'argent : v = 15 km = 15 000 m = 4.16 m/s t = 30 min x 60 sec = 1 800 sec h 3 600 s min Maréchal Pétain : v = 12 km = 12 000 m = 3. 3 m/s t = 40 min x 60 sec = 2 400 sec h 3 600 s min Vif d'argent : s1 = v t Maréchal Pétain : s2 = v t s1 = 4.16 m/s x 1800s s2 = 3.3 m/s x 2 400s s1 = 7 500 m s2 = 8 000 m 7 500 m 4.16 m/s 8 000 m 3.3 m/s s2 - s1 = 8 000 - 7 500 = 500 m s = v t 500 = (4.16 + 3.3) t t = 600 sec = 10 minutes (0 à 3 points selon la qualité des calculs) Alors : B. Lors du croisement, ils auront parcouru quelle distance? 10 000 m : Vif d'argent : s = 4.16 x (600 sec + 1 800 sec) s = 10 000 m Maréchal Pétain : s = 3.3 x (600 sec + 2 400 sec) s = 10 000 m (0,1, 2 points : réponse et explication) 5 points Page 4 de 7 10. Une fillette de 5 ans, Jeanne, trouve amusant de lancer de petits cailloux dans un puits. Elle lance les cailloux vers le haut avec une vitesse de 4 m/s. Si les cailloux atteignent le fond du puits 5 secondes plus tard : A. Le puits a quelle profondeur? yf = vit + ½ gt2 + y1 yf = (4x5) + (½ x-9.8x52)+0 yf = 20-122.5 = -102.5 m B. Quelle est la vitesse à laquelle les cailloux frappent l'eau? vf2 = vi2 + 2gy vf2 = 42 + (2x-9.8x-102.5) vf2 = 2025 vf = 45 m/s (formules : 1 point, calculs : 2 points, réponses : 2 points) 5 points 11. Un joueur de soccer lance le ballon au but avec un angle de 370 par rapport à l'horizontal et avec une vitesse de 14.7 m/s. Si le gardien de but est à 26 m du lanceur, où le ballon se posera-t-il par rapport au gardien? θ = 370 vxi = 14.7 cos 37 = 11.74 m/s vyi = 14.7 sin37 = 8.85 m/s vi = 14.7 m/s xf = 11.74 t vy = -9.8 t + 8.85 yf = -4.9t2 + 8.85t + 0 Étape 1 : Trouver le temps quand y = 0 0 = -4.9t2 + 8.85t t = 1.81 sec -8.85± 8.852-0 / -9.8 x = 1.81 sec Étape 2 : Trouver xf xf = 11.74 x 1.81 = 21.2 m Donc 26 m - 21.2 m = 4.8 m devant le gardien. (formules : 1 point, étapes 1 et 2 : 3 points, réponse :1 point) 5 points Page 5 de 7 12. Lors d'une étude expérimentale sur la collision entre 2 chariots, les données suivantes ont été recueillies. L'expérience a été réalisée à l'aide d'un rail à coussin d'air. Vitesse avant la collision (m/s) 2.0 3.5 Chariot 1 Chariot 2 Vitesse après la collision (m/s) 1.0 4.0 Le chariot 1 se déplaçait vers la droite après la collision et le chariot 2 vers la gauche. Au départ, les 2 chariots allaient en sens inverse. Calculez la masse du chariot 1 si le chariot 2 a une masse de 2 kg. m1 = ? m2 = 2 kg v1 = -2 m/s v2 = +3.5 m/s v1' = +1 m/s v2' = - 4 m/s Calculs : 4 points m1v1 + m2v2 = m1vi' + m2v2' Réponse : 1 point (m1 -2) + (2x3.5) = (m1 1) + (2x-4) -2m1+7 = m1-8 -2m1 -m1 = -8-7 -3m1 = -15 -3 -3 m1 = 5 kg 5 points 13. La cinématique est la science qui s'intéresse à la description du mouvement des corps. Le développement de la cinématique a ouvert la voie à plusieurs nouvelles technologies. Nommez 2 progrès faits en physique ou en technologie suite à l'avènement de la cinématique et expliquez : Plusieurs réponses sont possibles. Exemples de bonnes réponses : - principe de la quantité de mouvement - loi de la gravité - étude du MUA - exploration spatiale - étude de la balistique - mesure de vitesse au radar par les policiers - loi de l'inertie - moyens de transport (0 à 5 points) 5 points 14. Expliquez comment la correction de la trajectoire d'un satellite implique la quantité de mouvement. Le satellite a une certaine quantité de mouvement p1 sur sa trajectoire initiale. L'éjection de gaz permet d'acquérir une quantité de mouvement p1, on arrive à p2 qui permet de faire dévier le satellite. Pour stabiliser le satellite, on éjecte à nouveau les gaz pour donner une quantité de mouvement p2 qui est additionnée à p2 pour donner p3 qui est la position recherchée. (0 à 5 points selon la qualité de l'explication) 5 points Page 6 de 7 15. L'exploration spatiale a subi une énorme évolution depuis les années 60. A. Qu'a apporté l'exploration spatiale dans nos vies? - matériaux développés pour les vols spatiaux (velcro, kevlar, teflon) - mise en orbite de satellite : télécommunication, télédétection, suivi de catastrophes naturelles, GPS, …) (0 à 2 points) B. Nommez 2 changements sociaux qu'a amené l'exploration spatiale : - a élargi les horizons humains - prendre conscience de la beauté et de la fragilité de la Terre - prendre conscience de la petite place occupée par la Terre - … (0 à 3 points) 5 points Page 7 de 7
