La troisième loi de Newton

La troisième loi
de Newton
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CHAPITRE
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CORRIGÉ DES EXERCICES

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PHYSIQUE
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CHAPITRE
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CHAPITRE 6 ❙ LA TROISIÈME LOI DE NEWTON ❙ EXERCICES 217
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 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.
Exercices
SECTION 6.1
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218 PARTIE II ❙ LA DYNAMIQUE ❙ EXERCICES
4. Si c’est la poussée de la route sur les roues qui fait avancer une voiture, pourquoi les roues ont-elles
besoin d’un moteur ?
Pour leur permettre d’exercer une force sur la route.
5. D’où vient la force qui fait rebondir un ballon lancé vers le plancher ?
Il s’agit de la force exercée par le plancher sur le ballon.
6. Une personne qui saute dans une piscine à partir d’un tremplin de 3 m touche généralement l’eau
sans se faire mal. Pourtant, une personne qui saute de la même hauteur sur la terre ferme risque
de se blesser. Expliquez la différence entre ces deux situations à l’aide de la troisième loi de Newton.
Dans le premier cas, la force exercée par le sauteur sur l’eau dépasse la capacité de la surface
de l’eau d’exercer la même force sur lui. En conséquence, la surface de l’eau se brise et laisse
pénétrer le sauteur. Dans le second cas, le sol est en mesure d’exercer une force égale à celle
que lui imprime le sauteur. Cependant, cette force dépasse la capacité de nombreux organes
d’y résister, ce qui peut provoquer des blessures graves.
7. 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.
a) Quelle accélération chaque auto tamponneuse subit-elle à la suite de la collision ?
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
4. a1= = = 0,30 m/s2
F1
m1
45 N
150 kg
a2= = = –0,18 m/s2
–45 N
250 kg
F2
m2
5. 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/s2en sens inverse.
= –
➞
F
A
➞
F
B
Ex.
4
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CHAPITRE 6 ❙ LA TROISIÈME LOI DE NEWTON ❙ EXERCICES 219
b) Quelle est la distance entre les deux autos tamponneuses après deux secondes ?
1. Lorsque Δt= 2 s, (Δx2— Δx1) = ?
2. Δt= 2 s
a1= 0,30 m/s2
a2= –0,18 m/s2
3. xf= xi+ viΔt+ a(Δt)2
4. À l’instant de la collision, la vitesse des deux
voitures est nulle. Je peux donc poser
que vi1= vi2= 0 m/s.
1
2
Δx1= a1(Δt)2
1
2
= ×0,30 m/s2×(2 s)2
= 0,60 m
Δx2= a2(Δt)2
1
2
1
2
= ×–0,18 m/s2×(2 s)2
= –0,36 m
(Δx2— Δx1) = 0,36 m + 0,60 m
= 0,96 m
1
2
5. Deux secondes après la collision, la distance entre les deux voitures est de 0,96 m.
8. La poussée exercée par les gaz d’échappement
sur le sol aide-t-elle une fusée à décoller ?
Expliquez votre réponse.
Non. Une fusée décolle parce que ses moteurs
exercent une force qui expulse le gaz de la
chambre de combustion et que, en retour, les gaz
exercent une force qui propulse la fusée en sens
inverse. Une fusée n’a donc pas besoin de pousser
sur le sol, ni même sur l’atmosphère, pour décoller
ou pour voler.
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