Aurélie dec 2000


forces, mouvement

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parachutiste

Un observateur immobile au sol voit un parachutiste sauter de l'avion qui vole à vitesse constante. Parmi les affirmations suivantes indiquer celles qui sont exactes (à justifier) et reformuler les fausses :

  1. A l'instant du saut le parachutiste n'a pas de vitesse initiale.
  2. Pendant le saut la vitesse du parachutiste varie.
  3. Lorsque le parachute s'ouvre le parachutiste remonte.
  4. L'ensemble (parachute ouvert + parachutiste) n'est soumis qu'à l'attraction terrestre.

     

corrigé

Dans un référentiel lié à la surface de la terre, au moment du départ de l'avion, le parachutiste a la même vitesse que l'avion  .
Dans un référentiel lié à la surface de la terre, la vitesse varie au cours de la première partie du saut, puis les frottements sur les couches d'air augmentent et la vitesse devient constante.
Dans un référentiel lié à la surface de la terre, lors de l'ouverture du parachute il y a un freinage supplémentaire.

Dans un référentiel lié à un second parachutiste, parachute non ouvert, le premier parachutiste est freiné lors de l'ouverture du parachute, sa vitesse diminue. Dans ce référentiel il remonte.

L'ensemble (parachute ouvert + parachutiste) est soumis à l'attraction terrestre et aux forces de frottements dues à l'air.

2

bloc de glace sur un camion

Un livreur transporte un bloc de glace posé sur la plate-forme d'un camion.

  1. Enoncer le principe d'inertie.
  2. Le camion est à l'arrêt à un feu rouge. Citer les forces qui s'exercent sur le bloc de glace au repos.
  3. Le feu passe au vert et le camion démarre, que se passe-t-il pour le bloc de glace ?
  4. Le chauffeur roule à vitesse constante lorsqu'il aperçoit un enfant qui risque de traverser la rue. Il freine brutalement. Que se passe-t-il pour le chauffeur qui a pensé à boucler sa ceinture de sécurité ? 
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corrigé


Tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s'exercent sur lui se compensent.
arrêt au feu rouge : le poids du bloc de glace neutralise l'action du support.

Le bloc persévere dans son état de repos alors que le camion avance : le bloc glisse vers l'arrière.

Le chauffeur persévère dans un mouvement rectiligne uniforme alors que le camion ralentit : le chauffeur est projeté vers l'avant.
3

principe d'inertie
 
  1. Énoncer le principe d'inertie.
  2. Une savonnette S glisse sur une table lisse AB. On admet que les frottements sont négligeables sur ce trajet. Quelle est la nature de son mouvement ? À quelles forces la savonnette est-elle soumise ? Par application du principe d'inertie, que peut-on dire de ces forces ?
  3. Comment sont modifiées vos précédentes réponses au delà du point B (bord de la table)?
  4. Le satellite S décrit un mouvement circulaire uniforme autour de la Terre. Par un raisonnement utilisant le principe d'inertie montrer qu'il est soumis à une force. À quoi est-elle due ? Effectuer sa représentation sur le schéma.
 
corrigé

Tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s'exercent sur lui se compensent.

La savonnette est soumise à son poids et à l'action du support, forces qui se neutralisent : mouvement rectiligne uniforme.

Au delà de B, la savonnette n'est soumise qu'à son poids : chute libre avec vitesse initiale.

Si le satellite n'était soumis à aucune force alors qu'il possède une vitesse , il perséverait dans un mouvement rectiligne uniforme et s'éloignerait de la terre.

La force attractive de gravitation ( force dirigée vers le centre de la terre) le maintient sur une orbite circulaire.
4

mouvement et référentiel
  1. Un trottoir roulant horizontal se déplace à vitesse constante v = 1,2 m/s. Hector a pris le trottoir roulant et, à mi-parcours, il lâche une balle de tennis, verticalement et sans vitesse. Bérénice a photographié la chute de la balle en se plaçant à deux endroits : sur le sol à l'extérieur du trottoir roulant (B) ou sur le trottoir roulant (A).

    Hector a effectué plusieurs fois cette expérience :

    - en se tenant immobile par rapport au trottoir roulant ;

    - en marchant dans le sens du trottoir à vitesse constante v1 = 2,0 m/s par rapport au quai;

    - en marchant dans le sens inverse du trottoir à vitesse constante v2 = 1,2 m/s par rapport au quai.

    Toutes ces expériences ont été photographiées des 2 endroits différents A et B.

    Bérénice a pris les photos en pose et sans se déplacer par rapport à la Terre ou par rapport au trottoir roulant.

    Les photos ont été développées. Hector et Bérénice se sont alors aperçus qu'ils n'ont pas noté l'ordre des expériences, ni les conditions exactes des expériences.

  1. Pour chaque photo, il vous faudra retrouver la position de l'appareil photo, citer le référentiel de l'appareil photo et indiquer l'expérience effectuée par Hector. (Expliquer sommairement le raisonnement).

     

corrigé


Hector immobile :

Bérénice sur le trottoir : trajectoire verticale (5) ou (3)  .

Bérénice sur le quai : chute parabolique (1)

Hector se déplace dans le sens du trottoir à 2 m/s :

Bérénice sur le trottoir : chute parabolique avec vitesse initiale horizontale (2)

Bérénice sur le quai : chute parabolique avec vitesse initiale horizontale plus importante (6)

Hector se déplace dans le sens inverse du trottoir à 1,2 m/s :

Bérénice sur le trottoir : chute parabolique avec vitesse initiale horizontale à gauche (4)

Bérénice sur le quai : chute verticale (5) ou (3)







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