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SPC 2nde 4 Nom P6 PRINCIPE D’INERTIE 2009/2010 Prénom EXERCICES EXERCICE 1 : Le principe d’inertie L’enregistrement du mouvement d’un mobile autoporteur sur une table horizontale est représenté ci-dessous (sens du mouvement de gauche à droite). La durée entre deux positions est = 20 ms. 1. Enoncer le principe d’inertie. 2. Etude de la première phase : a) Sur le schéma, identifier cette première phase. Quel est le mouvement du centre du mobile ? b) Les forces s’exerçant sur le mobile se compensent-elles ? Justifier la réponse. c) Représenter les forces s’appliquant au mobile 3. Etude de la deuxième phase : a) Sur le schéma, identifier cette seconde phase. Quel est le mouvement du centre du mobile ? b) Que peut-on dire des forces appliquées au mobile ? Justifier. c) Représenter les forces s’appliquant au mobile. d) Déterminer la vitesse instantanée du mobile au point A8. EXERCICE 2 : Un parachutiste saute d’un hélicoptère momentanément immobile dans le ciel. Dans tout le problème on supposera sa chute verticale. Avec son équipement, sa masse est de 100 kg (on prendra g=10 N.kg –1). Le graphe ci-dessous donne sa vitesse au cours de la chute en fonction du temps. 80 v(m/s) 70 V=f(t) 60 50 40 30 20 10 t(s) 0 0 5 10 15 20 25 30 35 1) Décrire brièvement l’évolution de la vitesse du parachutiste au cours de sa chute. 2) Pourquoi le graphique v=f(t) permet-il de dire que pendant les premières secondes de la chute, la vitesse et le temps sont proportionnels ? Calculer le coefficient de proportionnalité. 3) Un objet est en chute libre si les forces de frottement de l’air sont négligeables. Nommer la force qui agit alors sur 4) 5) 6) 7) 8) l’objet au cours de sa chute. Indiquer sa direction, son sens et calculer sa valeur dans le cas du parachutiste avec son équipement. Dans le cas d’une chute libre, on a v=g.t où g est l’intensité de pesanteur du lieu. Jusqu’à quelle date t peut-on considérer la chute comme libre ? Que se passe-t-il ensuite jusqu’à 10 s ? Interpréter en précisant les forces qui s’appliquent sur le parachutiste. Les représenter sur un schéma. Le parachute s’ouvre à t=10s. Caractériser le mouvement entre t=10s et t=20s. Expliquer cette évolution à partir d’un bilan de forces. Enoncer puis appliquer le principe d’inertie pour interpréter ce qui se passe pour t > 20s. Calculer la valeur de la force de frottement. A quelle vitesse, exprimée en km.h-1 le parachutiste atteint-il le sol ? Lycée Jean XXIII, Reims 1/2 SPC 2nde 4 2009/2010 EXERCICE 3 Un caillou, supposé ponctuel, de masse m=60 g est lâché, sans vitesse initiale, du haut d'un pont, au dessus d'un bassin (eau calme, aucun courant). Au cours de sa chute, on néglige les forces de frottements et la poussée d’Archimède de l’air. La chronophotographie de la chute de ce caillou est donnée ci-dessous. L'intervalle de temps entre deux pointages (ou photos) est t=200 ms. Données : intensité du champ de pesanteur : g=10 N.kg -1 1ère partie: on étudie le mouvement du caillou dans l'air 1 1) Le caillou lors de sa chute est soumis à une force. Laquelle ? Donner ses caractéristiques (direction, sens et norme). 2 2) Utiliser la chronophotographie pour décrire le mouvement du caillou lors de sa chute. Justifier. 3 3) Enoncer le principe d’inertie et montrer que le mouvement du caillou est en accord avec ce principe. 2 ème partie : on étudie le mouvement du caillou dans l'eau 4 Le caillou est désormais soumis, en plus de son poids P , à la poussée d'Archimède qui s’oppose au déplacement (avec =0,33 N restant constante au cours de la chute dans l’eau) 1. Représenter sur un schéma (en prenant 1 cm pour 0,1N) les forces P et s’exercent sur le caillou dans l’eau 2. Décrire le mouvement du caillou entre les points 6 et 11. Justifier. 3. Le caillou parcourt une distance de 2,0 m entre les points 6 et 11. Calculez la vitesse moyenne entre ces points. 4. Appliquez le principe d'inertie sur le caillou entre les points 6 et 11. Que pouvez-vous conclure quant aux forces qui s'exercent sur le caillou ? Conclure 5 qui quant à l’existence d’une 3ème force que l’on nommera f (on indiquera son sens, sa direction ainsi que sa valeur entre les points 6 et 11). 5. air eau 6 7 8 9 10 11 La norme de la force f est de la forme f=k.v où k est un coefficient de proportionnalité et v la vitesse (en m.s-1. Calculer la valeur de k et donner son unité. EXERCICE 5 Deux parachutistes A et B sont « en chute libre ». Ils tombent verticalement vers le bas et atteigne une vitesse limite constante dans un référentiel terrestre (le sol par exemple) de valeur V=160 km.h-1. 1) Lorsque leur vitesse est constante, comment peut-on nommer leur mouvement ? 2) Expliquer brièvement pourquoi, à la sortie de l’avion, la vitesse des parachutistes augmente puis par la suite, leur vitesse devient constante. Parler en terme de forces. 3) Convertir la vitesse en m.s-1. 4) Calculer la hauteur de chute pour une durée de 12.0 s. 5) Le parachutiste A ouvre son parachute. Il atteint alors une nouvelle vitesse limite V’= 40 km.h-1, dans le référentiel terrestre lié au sol. Quelle est sa vitesse par rapport au parachutiste B ? 6) Quel est alors le sens du mouvement du parachutiste A par rapport à B ? 7) Quand on veut filmer un saut en parachute, un cameraman doit sauter avec le parachutiste et le suivre le temps de son saut. Le parachutiste ouvre généralement son parachute avant le caméraman. Expliquer pourquoi au visionnage du film, le parachutiste semble remonter quand il ouvre son parachute. Lycée Jean XXIII, Reims 2/2
