Exercices - Physique et Maths

1 Cin matique et lois de Newton Exercices Repr senter les vecteurs vitesses v 2 et v 4 sur l'annexe 1 en respectant l' chelle Exercice 1 corrig disponible suivante : 1 cm pour 4 . -1. Le 31 mars 2008, l'Australien Robbie Maddison a battu son propre record de Repr senter sur l'annexe, le vecteur v 3= v 4 . v2 . saut en longueur moto Melbourne. La Honda CR 500, apr s une phase Donner l'expression du vecteur acc l ration a3 au point G3 puis calculer la valeur d'acc l ration, a abord le tremplin avec une vitesse de 160 de sa norme. Dans cet exercice, on tudie l la phase d'acc l ration du motard (de A B), Sont repr sent es ci-dessous les volutions au cours du temps de la valeur v de la vitesse du motard (figure 2) et la distance d qu'il parcourt depuis la position G0 (figure 3). Dans tout l'exercice, le syst me {motard + moto} est assimil son centre d'inertie G. L' tude est faite dans le r f rentiel terrestre consid r comme galil en. Donn es : Intensit de la pesanteur : g = 9,81 Masse du syst me : m = 180 kg 1.

2 La phase d'acc l ration du motard. On consid re que le motard s' lance, avec une vitesse initiale nulle, sur une piste rectiligne en maintenant une acc l ration constante. Une chronophotographie (en vue de dessus) repr sentant les premi res positions successives du centre d'inertie G du syst me est donn e en annexe . rendre avec la copie. La dur e = 0,800 s s pare deux positions successives du centre d'inertie G. t = 0, le centre d'inertie du syst me est au point A (G 0 sur la chronophotographie). Exprimer les normes des vecteurs vitesses v 2 et v 4 du centre d'inertie G aux points G2 et G4 puis les calculer. 1/7. Cin matique et lois de Newton - Exercices Physique Chimie Sp cialit Terminale g n rale - Ann e scolaire 2020/2021. Montrer que la courbe donn e en figure 2 permet d'affirmer que la valeur de l'acc l ration est constante. En utilisant la figure 2, estimer la valeur de l'acc l ration du motard. V rifier que le r sultat est compatible avec la valeur calcul e en En supposant les forces de frottement n gligeables, et utilisant la deuxi me loi de Newton d terminer : - la valeur de la force motrice exerc e par la Honda CR500 durant la phase d'acc l ration.

3 - l'expression de l' quation horaire du mouvement D terminer la distance parcourue par le motard lorsque celui-ci atteint une vitesse de 160 par le calcul puis v rifier le r sultat avec la figure 3. 2/7. Cin matique et lois de Newton - Exercices Physique Chimie Sp cialit Terminale g n rale - Ann e scolaire 2020/2021. Exercice 2 corrig disponible Dans le r f rentiel terrestre un mobile autoporteur, plac sur une table horizontale est attach par un fil un point fixe not O. Exercice 3 corrig disponible On rappelle qu'un mobile autoporteur volue sur un coussin d'air supprimant vecteurs et mouvement : les frottements et est muni d'un dispositif qui produit des tincelles On pr sente ci dessous les trajectoires, le vecteur-vitesse, le vecteur-acc l ration du intervalles de temps r guliers (ici =40 ms )ce qui permet de r cup rer les centre d'inertie G d'une balle ou le vecteur repr sentant la r sultante des forces exerc es positions de son centre d'inertie sur une feuille de papier.

4 Sur la balle en mouvement. Les points o la feuille de papier a t localement br l e par l' tincelage sont rep r s par de petites croix. 1. Quelle est la nature de la trajectoire du centre d'inertie du mobile autoporteur ? 2. Calculer la valeur de la vitesse instantan e aux points G2 , G3 et G4 . 3. Repr senter les vecteurs vitesse en ces points avec l' chelle 1,0 cm pour 0,25 4. Caract riser et repr senter le vecteur acc l ration a3 au point G3. Avec l' chelle 1,0 cm pour 0,5 Retrouver la valeur en utilisant une base de Frenet. 5. Le mouvement est-il uniforme, acc l r ou ralenti ? Justifier en utilisant les vecteurs v 3 et a3 . R pondre par vrai ou faux aux questions suivantes : 1. Le mouvement de la repr sentation n 1 est circulaire et uniforme. 2. Le mouvement de la repr sentation n 2 est rectiligne et acc l r . 3. La trajectoire de la situation n 3 ne peut pas tre rectiligne. 4. Le vecteur-acc l ration du centre d'inertie de la balle est dirig vers le haut lors de la mont e dans la situation n 4.

5 5. Au sommet de la trajectoire de la situation n 4, le vecteur-vitesse est un vecteur nul. 3/7. Cin matique et lois de Newton - Exercices Physique Chimie Sp cialit Terminale g n rale - Ann e scolaire 2020/2021. Exercice 4 corrig disponible En appliquant la seconde loi de Newton, justifier le fait que, dans le cas du Originaire d'anciennes pratiques celtes, le lancer du marteau est une discipline mouvement circulaire uniforme, le poids du boulet soit n gligeable devant la force de l'athl tisme qui consiste lancer le plus loin possible un boulet auquel est exerc e par le c ble sur le boulet. La vitesse v est gale 26 , l'intensit de la fix un c ble en acier muni d'une poign e. cette fin, l'athl te fait d'abord pesanteur g 9,8 et le candidat proposera une valeur pour le rayon R de la prendre de la vitesse son marteau en tournant sur lui-m me (voir sch ma ci- trajectoire. contre) sans sortir d'un cercle de lancement. Le marteau est ensuite l ch . avant d'atterrir sur le sol.

6 Exercice 5. Le dauphin flancs blancs du Pacifique est peut- tre l'esp ce la plus abondante du Pacifique Nord. C'est un dauphin tr s sociable et qui voyage g n ralement en groupe ; il est rapide, puissant et bon surfeur. Il est capable de d laisser un repas pour attraper la vague provoqu e par le passage d'un navire. Un jour, un dauphin a fait un saut de 3. m tres pour se retrouver sur le pont d'un navire de recherche arr t en mer ! Quand il a atteint sa taille adulte, il mesure environ 2,50 m tres et p se jusqu' 180 kg Donn es : On n gligera les actions de l'air sur le dauphin. g = 9,8 Le r f rentiel choisi est suppos galil en. La masse du dauphin est constante. Les positions du centre d'inertie du dauphin sont donn es intervalles de temps r guliers L' chelle du document est 1 cm pour 0,50 m, la dur e entre deux positions est 1. tude du mouvement du boulet avant le l cher du marteau par l'athl te Pour = 0,10 s. simplifier l' tude, on suppose que l'athl te tourne sur elle-m me autour d'un 1) Quel r f rentiel est adapt l' tude de ce mouvement ?

7 Justifier votre r ponse. axe immobile vertical et que son bras est toujours tendu. Dans le r f rentiel 2) A partir du document , d terminer la valeur de la vitesse du centre d'inertie du terrestre, le mouvement du boulet est alors suppos plan et circulaire, acc l r dauphin aux points 4 et 6. dans un premier temps puis uniforme dans un deuxi me temps. On les notera v 4 et v 6 . D tailler un des calculs. partir de la d finition du vecteur acc l ration a , justifier 3) Tracer les vecteurs vitesse et v 6 sur le document en utilisant l' chelle : 1 cm pour 2. qualitativement l'existence d'une acc l ration lors d'un mouvement circulaire. En justifiant la r ponse, choisir parmi les sch mas ci-dessous, celui qui correspond un mouvement circulaire acc l r puis celui qui correspond un 4) Construire, avec soin et pr cision, sur le document le vecteur v 5= v 6 . v 4 au mouvement circulaire uniforme. Sur chaque sch ma, les vecteurs vitesse v point 5 et d terminer sa valeur en en utilisant l' chelle pr c dente.

8 -1. et acc l ration a sont repr sent s en un point de la trajectoire du boulet en 5) En d duire la valeur a5 du vecteur acc l ration a5 , vecteur acc l ration au point 5. vue de dessus. Le repr senter sur le document en choisissant comme chelle de repr sentation : 1 cm pour 2 6) Quelle(s) sont la (ou les) force(s) qui s'exercent sur le dauphin ? Pr ciser direction et sens de(s) force(s). 7) Enoncer la 2 me loi de Newton. Le vecteur acc l ration trouv e la question 5) est-il en accord avec l'application de la 2 me loi de Newton ? Justifier votre r ponse. 4/7. Cin matique et lois de Newton - Exercices Physique Chimie Sp cialit Terminale g n rale - Ann e scolaire 2020/2021. Sur le sch ma repr senter les forces qui agissent sur la fus e pendant cette phase de d collage (on n glige les frottements l'air ainsi que la pouss e d'Archim de). Echelle de repr sentation des forces : 1 cm pour 2 MN. Dans le r f rentiel choisi, d terminer par le calcul la valeur de l'acc l ration a de la fus e.

9 Repr senter le vecteur acc l ration, sans souci d' chelle. On consid re d sormais le syst me {fus e+gaz}. Il est soumis son propre poids P et la force de pouss e . F = D v g o D est le d bit d' jection des gaz a. Montrer que le produit Dvg est homog ne une force. b. V rifier par une application num rique que la fus e peut d coller. 2. Le voyage Terre-Lune Dans l'espace Terre-Lune le mouvement de la fus e est rectiligne et uniforme. Sa vitesse est alors de V = 1, Quelle est la valeur de la somme des forces ext rieures agissant sur la fus e. Justifier votre r ponse. Exercice 6. La Chine a lanc samedi 8 d cembre 2018 un module d'exploration qui s'est pos le 3 janvier 2019 sur la face cach e de la Lune. Caract ristiques de la fus e Longue Marche 3B au d collage : hauteur : H = 54,80 m ; masse : M = 4,26 .105 kg Le d bit d' jection des gaz vaut D=2, La vitesse des gaz au d collage vg = 20 . 1. Phase de d collage On consid re que la force de pouss e dans la premi re seconde du d collage vaut F = 6,8 MN et que la masse M de la fus e est constante pendant cette dur e.

10 Donn e : gT = 9,8 sur la Terre Quel r f rentiel va-t-on choisir pour tudier le d collage ? 5/7. Cin matique et lois de Newton - Exercices Physique Chimie Sp cialit Terminale g n rale - Ann e scolaire 2020/2021. Exercice 8 Exercice 9. D munis des superpouvoirs des supers h ros traditionnels, le h ros de bande Un mobile ponctuel M en chute libre a t lanc en l'air de sorte que sa position par dessin e Rocketeer utilise un r acteur plac dans son dos pour voler. En rapport l'origine O d'un rep re (O; x, y, z) est donn e au cours du temps par le vecteur r alit , ce type de propulsion individuelle, appel Jet-Pack, existe depuis plus position suivant : {. de cinquante ans mais la puissance n cessaire interdisait une autonomie sup rieure la minute. Aujourd'hui, de nouveaux dispositifs permettent de x(t )= 3 t +5.. OM = y (t)= 0,8 t 2 +10 t voler durant plus d'une demi-heure. Donn es : z (t)=2,5. - vitesse du fluide ject suppos e constante : Vf = 2 103 ;. - masse initiale du syst me {Rocketeer et de son quipement} : m R = 120 kg (dont 40 kg de fluide au moment du d collage).}