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Forces et mouvement dans le sport. Exercices. |
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Mots clés : Cours de physique seconde Actions mécaniques, modélisation d'une force, effets d'une force Mouvement, sport, action mécanique, système, référentiel, poids, Principe de l'inertie, énoncé, forces qui s'annulent, effet d'une force sur le mouvement, ... |
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I- Exercice 3 page 254 : Lancer du « poids ».
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À l’aide d’une caméra immobile par rapport au sol, on a filmé une séance de « lancer du poids ». Un logiciel de pointage a permis de repérer la trajectoire du « poids ».
Cliquer sur l'image pour l'agrandir 1)- Quel est le système étudié ? Dans quel référentiel son mouvement est-il étudié ? 2)- Citer deux observations qui prouvent que les forces exercées sur le « poids » ne se compensent pas. |
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3)- Le système étudié : - Le « poids » - Le référentiel : la caméra est immobile par rapport au sol. - On étudie le mouvement du « poids » dans un référentiel terrestre. 4)- Observations :
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- L’observation de la chronophotographie permet de montrer que : - La vitesse varie au cours du mouvement. - Elle diminue lors de la phase ascendante et augmente lors de la phase descendante. - Le système parcourt des distances variables pendant des durées égales. - La trajectoire est curviligne, c’est une portion de parabole. - D’après le principe de l’Inertie, comme le mouvement n’est ni rectiligne, ni uniforme, - on peut affirmer que le système est soumis à des forces dont les effets ne se compensent pas. |
II- Exercice 5 page 254 : Billard.
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On a représenté la chronophotographie, vue de dessus, d’une boule de billard sur une table horizontale.
1)- Les forces exercées sur la boule lorsqu’elle est en A, puis en B, puis en C, sont –elles identiques ? 2)- Quelle est la cause de la modification du mouvement de la boule ? |
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3)- Forces exercées sur la boule : -
La boule est en
interaction avec la Terre.
-
Elle est soumise à
son Poids :
-
La boule est en
interaction avec la table.
-
Elle est soumise à la
réaction du support :
-
Caractéristique de la
force
- On remarque que la boule est animée d’un mouvement rectiligne uniforme : - Elle parcourt des distances égales pendant des durées égales. - La trajectoire est un segment de droite : les différentes positions sont alignées. - D’après le principe de l’Inertie, appliqué dans le référentiel lié à la table, - la boule est soumise à des actions dont les effets se compensent : -
-
P = R
4)- Cause de la modification du mouvement de la boule : - La trajectoire de la boule a été modifiée par la force exercée par le bord de la table sur la boule, lors du choc. |
III- Exercice 7 page 256 : Le 100 mètres féminin.
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Aux Jeux Olympiques de Pékin, Shelly Ann Fraser a remporté la finale du 100 m féminin en 10,73 s. Un record sur 100 m n’est homologué que si la valeur de la vitesse du vent favorable est inférieure à 2,0 m / s. 1)- Dans quel référentiel le mouvement est-il étudié ? 2)- Calculer la valeur de la vitesse de Shelly Ann Fraser sur les 100 m parcourus. 3)- Lors de la course, le mouvement de la coureuse est-il rectiligne uniforme ? 4)- Pourquoi la valeur de la vitesse d’un vent favorable doit-être limitée pour qu’un record soit homologué ? |
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5)- Référentiel d’étude : - La caméra est placée au bord de la piste et elle est immobile. - On a utilisé un référentiel terrestre. 6)- Vitesse de Shelly Ann Fraser sur les 100 m parcourus : -
7)- Nature du mouvement : - La sprinteuse se déplace dans un couloir. - Son mouvement est pratiquement rectiligne. - Sa vitesse varie au cours du mouvement : au départ, elle est immobile, puis elle accélère. - La sprinteuse est animée d’un mouvement rectiligne non uniforme. 8)- Valeur de la vitesse d’un vent et homologation d’un record : - Si le vent est favorable, il pousse la sprinteuse dans le sens du mouvement. - Cela améliore grandement la performance de la sprinteuse, ce qui n’est pas équitable pour l’homologation d’un record. - Pour la course, cela n’a pas d’influence, toutes les sprinteuses subissent les mêmes conditions climatiques. |
IV- Exercice 12 page 256 : Le mascaret.
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Le mascaret est un vague qui se forme lors de grandes marées et qui remonte le cours de certaines rivières. En France, un des mascarets les plus spectaculaires s’observe sur la Dordogne près du village de Saint-Pardon. Cette vague est surfée par de nombreux sportifs. Le document ci-dessous représente les différentes positions de l’avant de la planche d’un surfeur repérées toutes les 0,40 s.
Cliquer sur l'image pour l'agrandir. 1)- Quel est le système étudié ? Dans quel référentiel ? 2)- Que peut-on dire du mouvement du système ? 3)- Que peut-on dire des forces exercées sur le système ? 4)- Le segment jaune, situé dans le plan vertical du mouvement du surfeur, mesure 2,0 m. En déduire la valeur de la vitesse du surf. |
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5)- Système étudié et référentiel : - Système étudié : la planche de surf. - Référentiel d’étude : la berge, le sol : référentiel terrestre. 6)- Mouvement du système : - On remarque que le système est animé d’un mouvement rectiligne uniforme : - Il parcourt des distances égales pendant des durées égales. - La trajectoire est rectiligne : les points sont sensiblement alignés. 7)- Forces exercées sur le système : - D’après le principe de l’Inertie, appliqué dans le référentiel lié à la berge, le surf est soumis à des actions dont les effets se compensent car il est animé d’un mouvement rectiligne uniforme -
8)- Valeur de la vitesse du surf :
- Longueur de la marque jaune sur la photo : - D (jaune ) = 2,0 m et sur l’image : d (jaune) = 2,72 cm
- Distance parcourue D (surf) par le surf (on prend un intervalle de temps de 8 x 0,40 s pour plus de précision). - Sur l’image : d (surf) ≈ 17,85 cm
- Valeur réelle de la distance D (surf) :
- Vitesse du surf : -
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V- Exercice 13 page 256 : Le temps de pose d’un appareil photo.
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Le temps de pose d’un appareil photo est la durée pendant laquelle est prise une image. Certains appareils possèdent un réglage sport. Un appareil photo, fixe dans un référentiel terrestre, a pris deux clichés successifs de la chute d’une balle (photos 1 au temps t1et 2 au temps t2, avec t2 > t1) avec un temps de pose de 1/30e de seconde.
1)- Comment évolue la vitesse de la balle entre la première et la deuxième photo ? 2)- La balle est-elle soumise à des forces qui se compensent ? 3)- Le réglage sport correspond-il à un long ou court temps de pose ? |
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4)- Évolution de la vitesse : - Entre la première et la deuxième photo, la vitesse de la balle a augmentée. - Pendant la durée d’ouverture de l’objectif, 1/30e de seconde, la balle se déplace. - Elle se déplace plus sur la photo 2 que sur la photo 1. - En conséquence la vitesse de la balle sur la photo 2 est plus grande que sur la photo 1. 5)- Comme la valeur de la vitesse varie, la balle n’est pas soumise à des forces qui se compensent. - Le mouvement de la balle n’est pas rectiligne uniforme. - Le principe de l’Inertie n’est pas respecté. 6)- Réglage sport : - Le réglage sport permet d’obtenir des images nettes d’objets qui se déplacent très rapidement. - Pour obtenir une image nette, il faut diminuer la valeur du temps de pose. - Mais on perd alors en luminosité. - Il faut alors augmenter l’ouverture du diaphragme et choisir une pellicule très sensible. |
VI- Exercice 16 page 258 : Étude du lancer de balle.
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Lors d’une séance de TP, Cécile a réalisé la chronophotographie du mouvement d’une balle lancée par Benoît. Elle a utilisé une webcam posée sur une table et a ensuite projeté les positions successives de la balle sur les deux axes d’un repère. Pour la clarté de la représentation, elle a repéré les ordonnées sur les deux axes : la montée est repérée sur l’axe de gauche et la descente sur l’axe de droite. L’action de l’air sur la balle est négligeable.
1)- La webcam filme à 15 images par seconde. Quelle est la durée entre deux images consécutives ? 2)- a)- Quel est le système étudié ? Quel est le référentiel ? b)- Lorsque la balle est encore dans la main de Benoît, à quelles forces est-elle soumise ? c)- Même question 0,30 s après avoir quitté la main de Benoît. 3)- Lorsque la balle a quitté la main de Benoît, son mouvement peut être décomposé en un « mouvement horizontal » et en un « mouvement vertical ». a)- Le « mouvement horizontal » est-il modifié par une force ? b)- Même question pour « mouvement vertical ». c)- Est-ce en accord avec les résultats précédents de la question 2)- c)- ? |
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4)- Durée entre deux images consécutives : - τ = 1/15e s ≈ 0,067 s 5)- a)- Système étudié : La balle. - Référentiel d’étude : Référentiel Terrestre, la table ou la webcam. b)- Forces qui agissent sur la balle : -
La balle est en
interaction avec la Terre :
-
La balle est en
interaction avec la main :
- On néglige l’action de l’air sur la balle. c)- Forces qui agissent sur la balle : -
La balle est en
interaction avec la Terre :
- On néglige l’action de l’air sur la balle. - La balle n’est soumise qu’à l’action de son poids. 6)- a)- Le mouvement horizontal n’est pas modifié par une force. - Horizontalement, la balle parcourt des distances égales pendant des durées égales. - Le mouvement horizontal est uniforme. - Conclusion : - La balle n’est pas soumise à une force horizontale ou à une force qui a une composante horizontale. b)- Le mouvement vertical est modifié : - Dans la phase ascendante, la vitesse de la balle diminue. - La balle parcourt des distances de plus en plus petites pendant des durées égales. - Dans la phase descendante, la vitesse de la balle augmente. - La balle parcourt des distances de plus en plus grandes pendant des durées égales. - Conclusion : - La balle est soumise à une force verticale. c)- Ceci est en accord avec la question 2)- c)- - La balle est soumise à son Poids qui est une force verticale orientée de haut en bas. |
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