Travail d`études secondaires 2010 Physique 514
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Travail d'études secondaires 2010 Physique 514 Le travail et la puissance Nom: Prénom: Groupe: Date: 1. Si tu forces contre une porte verrouillée, produis-tu un travail mécanique? Pourquoi? 2. Si tu retiens un cheval en l'empêchant d'avancer, produis-tu un travail mécanique? Pourquoi? 3. Un tracteur tire sur une charrette avec une force de 3 000 N. L'ensemble se déplace alors à une vitesse constante sur un parcours en ligne droite de 200 m. L'ensemble tracteur-charrette produit-il un travail mécanique? Pourquoi? 4. Quels sont les deux facteurs dont dépend le travail mécanique? 5. Un ouvrier pousse un chariot avec une force de 50 N. Quel travail mécanique ses muscles ont-ils fait si le chariot a été déplacé sur une distance de 8 mètres. Pour les problèmes 6 à 12 on suppose dans tous les cas que le frottement est négligeable et que la force est parallèle au déplacement. 6. Une force de 600 N est exercée sur un wagonnet, parallèlement aux rails. Sous l'effet de la force, le wagonnet se déplace d'une distance de 200 mètres. Quel est le travail accompli par la force? 7. Une force de 80 N s'exerçant sur une masse de 2 kg la fait se déplacer d'une distance de 5 m parallèle à la force. Quel est le travail accompli? 8. Pour tirer une auto sur une distance de 15 m, une remorque dépense 37 500 J. Quelle est la force exercée? 9. Pour pousser une chaise sur une distance de 500 cm, on exerce une force de 10 N. Quel est le travail accompli? 10. Pour arrêter un train dont la vitesse est de 20 m/s, les freins exercent une force totale de 20 000 N durant 25 secondes. Quel est le travail fait par les freins? Rappel : a = (v – vi)/Δt et v2 – vi2 = 2ad 11. Une force de 200 N s'exerce sur une masse au repos de 5 kg pendant 10 secondes. Quel est le travail accompli? (On suppose qu'il n'y a pas de frottement et que la force est parallèle au déplacement) 12. Deux hommes font un concours pour élever un poids en haut d'une poulie à 1 mètre du sol. Les deux exercent une force de 75 N. Le premier le monte à une vitesse de 10 cm/s. Le second le monte à une vitesse de 20 cm/s. I. Quel homme a pris le moins de temps pour monter le poids? II. Quel est le travail mécanique effectué par chacun? III. Le temps mis pour effectuer un travail a-t-il un effet sur la valeur de ce travail? 13. Une force constante de 20 N, faisant un angle de 45° avec le sol, est appliquée sur un objet, le faisant déplacer sur le sol d'une distance de 60 mètres. Détermine le travail effectué par la force. On considère que le frottement est nul. 14. Un homme tire sur un traîneau avec une force de 60 N faisant un angle de 30° avec la direction du déplacement. La distance parcourue par l'homme et le traîneau est de 300 mètres. Quel est le travail fait par l'homme? On considère que le frottement est nul. 15. Un wagonnet se déplace sur un rail horizontal dans la direction de l'est, à une vitesse constante. On lui applique soudainement une force de 1 200 N, faisant un angle de 120° avec la direction du déplacement, sur une longueur de 20 mètres. On considère que le frottement est nul. I. Quelle est la grandeur, la direction et le sens de la composante Fd (parallèle au déplacement) de la force? II. Quelle est la sorte de travail effectué par la force et quelle est la grandeur de ce travail? 16. Une personne exerce une force horizontale de 200 N sur un corps et le fait glisser à vitesse constante sur une distance de 10 m. I. Quel est le travail effectué par la personne pour vaincre les forces de frottement? II. Quelle est la force de frottement? III. Quel est le travail effectué par cette force de frottement? 17. Un enfant tire avec une force de 100 N un traîneau à vitesse constante sur une surface horizontale. Si l'angle entre la force de traction et le déplacement est 30° et que le déplacement est 5 m, calcule: I. La force parallèle au déplacement. II. Le travail fait pour vaincre la force de frottement. III. Le travail fait par la force de frottement. 18. Un homme pousse un piano de masse 300 kg. Chacune des quatre roues offre un frottement de 22 N. Il le pousse sur une distance horizontale de 4 m. I. Quelle est la force exercée par l'homme? II. Quel est le travail fait par l'homme pour vaincre la force de frottement? 19. Quel travail faut-il fournir pour soulever un livre de physique dont la masse est 2 kg si celui-ci est par terre et qu'il faut le placer sur une table à 1 m du sol? 20. À quelle hauteur peut-on soulever une masse de 5 kg si le travail mécanique dépensé est 60 J? 21. Un objet est à 10 m du sol. Son poids est de 15 N. Il tombe au sol. I. Calcule le travail fait par la terre sur lui. II. Quel travail faut-il fournir pour le remettre en place? 22. Un escalier compte 18 marches distantes d'une hauteur de 20 cm chacune. Un homme prend un sac de 10 kg sur le plancher d'en bas et le monte sur une table à 70 cm au-dessus du plancher d'en haut. Quel travail a-t-il fait? 23. Une rampe possède les caractéristiques suivantes: Quel travail mécanique contre la pesanteur faut-il développer pour monter une charge de 3 kg. On suppose que le frottement est nul. 24. Une masse initialement au repos est accélérée jusqu'à 10 m/s en 5 secondes. On néglige les forces de frottement. La masse est de 2 kg. Calcule le travail nécessaire pour vaincre l'inertie. 25. Une balle de fusil sort du canon à 600 m/s. Quel est le travail fait sur cette balle pour qu'elle atteigne cette vitesse si celle-ci a une masse de 10 grammes? 26. Une auto roulant à la vitesse de 12 m/s accélère jusqu'à une vitesse de 16 m/s. Si la masse totale du véhicule est de 2 000 kg, calcule le travail nécessaire pour vaincre l'inertie. On suppose les forces de frottement nulles. 27. Un enfant tire un traîneau dont la masse est de 8 kg avec une force de 40 N parallèle au déplacement. Le traîneau, initialement au repos, atteint une vitesse de 1,2 m/s. La force de frottement est négligeable. Calcule: I. Le déplacement. II. Le travail fait par l'enfant. III. Le travail fait pour vaincre l'inertie. IV. Le travail fait par les forces de frottement. 28. Un objet de 20 kg est déplacé horizontalement de 10 m à l'aide d'une force de 40 N. Si la force de frottement entre l'objet et le sol est 0,1 du poids du corps, détermine le travail effectué contre l'inertie. On prend g = 10 m/s2. 29. Quel travail faut-il fournir contre l'inertie pour augmenter la vitesse d'un train de 10 m/s à 60 m/s? La masse du train est 50 000 kg. 30. Un objet de 3 kg tombe d’une hauteur de 6m (vi = 0). Sa vitesse est alors de 5 m/s. Calcule: I. Le travail fait par la pesanteur. II. Le travail fait pour vaincre l'inertie. III. Le travail effectué par la résistance de l'air. 31. Pour amener une masse à la vitesse de 3 m/s il faut fournir un travail de 180 J. Quelle est la valeur de cette masse si elle était initialement au repos? (On suppose que les forces de frottements sont nulles) 32. Un corps de masse 2 kg est soumis à une force parallèle au déplacement et dont la grandeur varie comme l'indique le graphique ci-dessous. I. Détermine le travail effectué pour les 20 premiers mètres. II. Détermine le travail effectué entre 40 et 60 mètres III. Détermine le travail total effectué. 33. Une force F exercée sur un ressort varie comme le montre le graphique ci-dessous. I. Quel travail faut-il fournir pour étirer le ressort de 0 à 30 cm ? II. Quel travail faut-il fournir pour étirer le ressort de 30 cm à 60 cm? 34. Parmi les unités suivantes, laquelle (lesquelles) est (sont) une (des) unité (s) de puissance? A) mégawatt D) joule/seconde B) joule x seconde E) N·m/s C) joule/kg F) watt/seconde 35. Le watt-seconde (lire watt x seconde) équivaut à deux des unités suivantes. Lesquelles? A) J/N C) B) J D) N N·mE) N·m/s 36. Un homme monte un sac de ciment de 36 kg à une hauteur de 10 m en 60 s. Calcule, en watts, la puissance développée. 37. Une force de 10 N agit sur un corps sur une distance de 12 m. Calcule la puissance en watt si la distance fut parcourue en 6 secondes. 38. Calcule la puissance de sortie, en watts, d'une machine qui soulève 500 kg à une hauteur de 20 mètres en 1 minute. 39. Un monte-charge peut soulever 1 000 kg à une hauteur de 2,7 m en 3 secondes. I. Calcule sa puissance mécanique. II. Quel temps mettrait un ouvrier pour faire ce même travail, s'il ne peut transporter que 20 kg à la fois et qu'il lui faut une minute par étape? III. Quelle est la puissance de l'homme? 40. Soit les facteurs suivants: I. La grandeur de la force II. Le déplacement qu'elle produit III. La déformation qu'elle produit IV. Le temps qu'elle met à accomplir le travail Quel(s) facteur(s) affecte(nt) le travail d'une force? A) I et II C) I et IV B) I et III D) II et III E) II et IV 41. Un corps pesant 30 N tombe en chute libre d'une hauteur de 2 mètres. Quel travail a été effectué par la terre? A) 120 J C) B) 60 J D) 15 J 30 J E) 7,5 J 42. Sur une table de laboratoire, on tire un chariot : dont la masse est de 2 kg à l'aide d'une force constante F de 10 newtons orientée suivant un angle de 37° par rapport à l'horizontale. Calcule le travail effectué par cette force lorsque le chariot parcourt 1,5 mètre (sin 37° = 0,6 et cos 37° = 0,8). A) 6 J C) 9 J E) 15 J B) 7,5 J D) 12 J 43. Un corps pesant 20 N est tiré à l'aide d'une force de 30 N parallèle au déplacement évalué à 2 mètres. Sachant que le corps se déplace à vitesse constante, calcule le travail fait pour vaincre le frottement. A) 0 J C) 6 J E) 60 J B) 4 J D) 40 J 44. On soulève du plancher un livre dont la masse est 1,5 kg sur une étagère située à 2 mètres du plancher. Quel travail a-t-on effectué pour vaincre la pesanteur? A) 60 J C) 7,5 J B) 30 J D) 3,75 J E) 0 J 45. Un corps pesant 80 newtons est traîné sur un surface horizontale rugueuse à l'aide d'une force de 60 newtons pour un déplacement total de 2.5 mètres parallèle à la force. Sachant que la force de frottement équivaut à 5% du poids du corps, calcule le travail effectué pour vaincre l'inertie du corps. A) 50 J C) 150 J B) 140 J D) 190 J E) 200 J 46. Le graphique ci-après indique la variation de la force agissant sur un corps en fonction de son déplacement. Calcule le travail total effectué par la force pour un déplacement de 8 m. A) 0 J C) 190 J B) 160 J D) 300 J E) 320 J 47. Soit les unités suivantes: 1. kilowatt-heure 2. N·m/s 3. joule-seconde 4. watt Lesquelles sont reliées à la puissance mécanique? A) 1 et 2 C) 1 et 4 B) 1 et 3 D) 2 et 4 E) 3 et 4 48. Un téléphérique exige une force de 4,8 x 103 newtons sur une distance de 300 mètres afin d'atteindre le sommet d'une montagne en 6 minutes. Quelle puissance utilise ce téléphérique? A) 1,8 x 103 W B) 4 X 103 W . C) 5 x 103 W D) 3 x 104 W E) 1,5 x 106 W 49. Un travail mécanique est accompli dans chacun des exemples suivants sauf quand: A) Un homme soulève un fardeau de 500 N sur son épaule. B) Un homme traille un fardeau de 500 N sur le plancher. C) Un homme parcourt une distance de 10 mètres portant un fardeau de 500 N sur son épaule. D) Un homme porte un fardeau de 500 N au sommet d'un escalier. E) Un homme soulève un fardeau de 500 N dans la benne de son camion. 50. La puissance développée par un garçon de 50 kg pour monter un escalier de 5 mètres de hauteur en 30 secondes est de: (g = 10 m/s2 ) A) 8,33 watts C) 833,3 watts B) 83,3 watts. D) 1500 watts E) 2500 watts 51. Une masse de 20 kg se déplace à une vitesse constante de 10 m/s. Pour l'arrêter on lui oppose une force de 10 newtons qui fait un angle de 60° avec sa direction. On suppose que les forces de frottement sont nulles. Quel est le travail accompli par la force? A) 2000 joules. C) 400 joules B) 1000 joules. D) 200 joules. E) 100 joules. 52. Un corps est au repos sur une table rugueuse. Pour le déplacer de 0,5 mètre, on effectue un travail de 200 joules. Sachant que 2% de ce travail est utilisé pour vaincre les forces de frottement, quel travail fait-on contre l'inertie du corps? A) 4 joules C) 100 joules B) 2 joules D) 196 joules E) 198- joules 53. Sur une table lisse, un corps parcourt une distance de 0,5 mètre sous l'effet d'une force constante horizontale de 2 newtons. Sur une table rugueuse, ce même corps par court la même distance sous l'effet d'une force de 3 newtons. Quelle est le travail fait contre le frottement dans ce dernier cas? A) 0 C) 1 joule B) 0,5 joule D) 1,5 joule E) 2 joules 54. Quelle est la puissance développée par un enfant qui réussit à tirer une voiturette de 50 kg sur une distance horizontale de 50 N en exerçant une force de 50 N à 60° de l'horizontale et ce en 10 secondes? (sinus 60° = 0,87 et cosinus 60° = 0,50) A) 2500 watts. C) 250 watts B) 1250 watts D) 218 watts E) 125 watts 55. Une force de 5600 newtons soulève une boite de 480 kg à une hauteur de 20 mètres, au moyen d'une poulie simple. Quel travail a-t-on accompli contre le poids de la boite? (g = 10 m/sec2) A) 1 120 joules C) 11 200 joules B) 9 600 joules D) 56 000 joules E) 96 000 joules
