Phys. N° 03C Action mécanique et vecteur force. Exercices

Phys. N° 03

Action mécanique

et vecteur force .

Exercices

I- Exercice : connaissances essentielles.

II- Exercice 12 page 65. Représentation d’une force localisée

III- Exercice 17 page 66. Portance et traînée d’une aile d’avion

IV- Exercice 19 page 67. Coordonnées d'un vecteur force

V- Exercice 22 page 67. Coordonnées du vecteur poids

VI- Exercice 27 page 68. Corps flottant

I- Exercice : connaissances essentielles.

Connaissances essentielles.

1)- Quels peuvent être les effets d’une action mécanique exercée sur un corps ?

2)- Trouver l’origine de la modification du mouvement :

a)- D’une balle qui rebondit sur le sol :

b)- D’un parachute qui ne tombe pas verticalement :

c)- D’une boule sur un billard :

3)- Trouver l’origine de la déformation :

a)- D’une voile de bateau :

b)- De la corde d’un arc :

c)- D’un ballon que l’on gonfle :

4)- Classer par actions réparties et actions localisées.

a)- Action du vent sur la voile :

b)- Action de l’eau sur un barrage :

c)- Action d’un filin sur un bateau :

d)- Action de la pointe d’un stylo sur une feuille :

e)- Coup de pied sur un ballon :

5)- Énoncer les caractéristiques d’une force.

6)- Choisir la bonne réponse :

La valeur d’une force est mesurée :

a)- Par un manomètre :

b)- Un dynamomètre :

c)- Un baromètre :

d)- Un newtonmètre :

L’unité de force est :

e)- Le pascal :

f)- Le kilogramme :

g)- Le bar :

h)- Le newton : VRAI.

7)- Énoncer la condition d’équilibre d’un solide soumis à deux forces :

8)- Quelle est la relation entre l’intensité (ou valeur) F de la force pressante

qui s’exerce sur une surface S perpendiculaire à , et la valeur p de la pression.

Préciser l’unité de chaque grandeur.

9)- Définir le poids d’un corps soumis à des forces de pesanteur :

Connaissances essentielles.

1)- Quels peuvent être les effets d’une action mécanique exercée sur un corps ?

- Une action mécanique ou force est capable de :

- Déformer un corps ou

- De le mettre en mouvement ou de modifier son mouvement.

2)- Trouver l’origine de la modification du mouvement :

a)- D’une balle qui rebondit sur le sol :

- Réaction du sol au moment de l’impact.

b)- D’un parachute qui ne tombe pas verticalement :

- Action du vent sur le parachute.

c)- D’une boule sur un billard :

- Choc entre la boule et une paroi du billard ou choc de la boule avec une autre boule.

3)- Trouver l’origine de la déformation :

a)- D’une voile de bateau :

- La force pressante exercée par le vent sur la voile.

b)- De la corde d’un arc :

- Main de l’archer sur la corde.

c)- D’un ballon que l’on gonfle :

- Force pressante exercée par l’air sur la paroi du ballon.

4)- Classer par actions réparties et actions localisées.

a)- Action du vent sur la voile :

- Action répartie sur la surface de la voile.

b)- Action de l’eau sur un barrage :

- Action répartie sur la surface du barrage.

c)- Action d’un filin sur un bateau :

- Action localisée.

d)- Action de la pointe d’un stylo sur une feuille :

- Action localisée.

e)- Coup de pied sur un ballon :

- Action répartie sur la surface de la chaussure.

5)- Énoncer les caractéristiques d’une force.

	Le point d’application :	L’action mécanique est localisée au point A.
	La direction ;	droite ( AB). C’est la droite que matérialise la ficelle. C’est la droite d’action de la force.
	Le sens	Comme on tire le sens de la force est de A vers B.
	L’intensité	C’est la valeur de la force. On peut tirer plus ou moins fort sur le ressort. On peut déformer plus ou moins le ressort.

6)- Choisir la bonne réponse :

La valeur d’une force est mesurée :

a)- Par un manomètre : (FAUX : un manomètre mesure une pression)

b)- Un dynamomètre : VRAI

c)- Un baromètre : (FAUX : un baromètre mesure une pression)

d)- Un newtonmètre : FAUX

L’unité de force est :

e)- Le pascal : FAUX c’est une unité de pression du système international

f)- Le kilogramme : FAUX c’est l’unité de masse.

g)- Le bar : FAUX c’est une unité de pression

h)- Le newton : VRAI.

7)- Énoncer la condition d’équilibre d’un solide soumis à deux forces :

- Les deux forces sont égales et opposées et elles ont la même ligne d’action.

8)- Quelle est la relation entre l’intensité (ou valeur) F de la force pressante

qui s’exerce sur une surface S perpendiculaire à , et la valeur p de la pression.

Préciser l’unité de chaque grandeur.

	Pression p : pascal Pa
	Force F newton N
	Surface S : mètre carré m²

9)- Définir le poids d’un corps soumis à des forces de pesanteur :

	Le point d’application :	G Centre d’inertie de l’objet considéré
	La direction ;	Verticale du lieu passant par le point G ici la droite (GC)
	Le sens	Du haut vers le bas c’est-à-dire de G vers C.
	L’intensité ou valeur	P = m.g

II- Exercice 12 page 65. Représentation d’une force localisée

Représentation d’une force localisée

1)- Reproduire le schéma ci-dessous et représenter :

- la force exercée par A sur le solide S ;

- la force exercée par B sur le solide S ;

- Échelle : 1 cm ↔ 10 N.

2)- le solide S peut-il être en équilibre dans ces conditions ?

On négligera le poids du solide S par rapport à l’intensité

Des autres forces.

Représentation d’une force localisée

1)- Représentation des forces.

Chaque force est représentée par un segment fléché de 5 cm de longueur.

2)- Conditions d'équilibre.

- Le solide S est en équilibre car il est soumis à deux forces :

- Dont la somme vectorielle est égal au vecteur nul :

- Et dont les droites d'action sont confondues.

III- Exercice 17 page 66. Portance et traînée d’une aile d’avion

Portance et traînée d'une aile d'avion.

Lorsqu’une aile d’avion est en mouvement avec une vitesse

Voir le schéma ci-dessous.

On appelle portance , la composante verticale de sa composante horizontale.

1)- Représenter graphiquement la portance et la trainée .

2)- Exprimer F et T en fonction de R et α, sachant que lorsque α est petit,

On peut écrire sin α ≈ α et cos α ≈ 1 avec α en radian.

3)- Calculer F et T avec R = 3000 N et α = 8°.

4)- Calculer la finesse f de l’aile définie par le rapport F / T.

Portance et traînée d'une aile d'avion.

Voir le schéma ci-dessous.

1)- Représentation graphique.

2)- relations :

- F = R . cos α ≈ R si l'angle α est petit en radians

- T = R . sin α ≈ R.α si α est petit en radians

3)- Valeurs :

4)- Finesse de l'aile d'avion :

IV- Exercice 19 page 67. Coordonnées d'un vecteur force

Coordonnées d'un vecteur force

1)- Dans un repère dont les axes sont gradués en N,

On a représenté un vecteur force (schéma ci-dessous)

On peut écrire : .

Déterminer F_x et F_y.

2)- Exprimer l’intensité F de la force en fonction de F_x et F_y.

Donner la valeur numérique de F.

3)- Exprimer le sinus de l’angle en fonction de F_y et F.

4)- Exprimer la tangente de l’angle α en fonction de F_x et F_y.

Coordonnées d'un vecteur force

1)- Schéma :

2)- F_x ≈ 3,0 N et F_y ≈ 2,0 N

3)- et 4)- Relations :

V- Exercice 22 page 67. Coordonnées du vecteur poids.

Coordonnées du vecteur poids.

Une luge descend une pente enneigée inclinée d’un angle α

Par rapport au plan horizontal.

Déterminer dans le repère représenté ci-dessous,

Les coordonnées du poids .

On prendra α = 20 ° et P = 600 N.

Coordonnées du vecteur poids.

On prendra α = 20 ° et P = 600 N.

Coordonnées du vecteur poids :

VI- Exercice 27 page 68. Corps flottant

Corps flottant

Un iceberg a un volume émergé V_e = 600 m³.

Sa masse volumique est ρ₁ = 910 kg.m ^{– 3},

celle de l’eau de mer est ρ_m = 1024 kg.m ^{– 3}.

1)- Schématiser l’iceberg flottant et préciser les forces

auxquelles il est soumis lorsqu’il est en équilibre.

2)- Écrire la condition d’équilibre. Trouver une relation

Entre le volume émergé V_e, le volume total V_t et les

Masses volumiques ρ₁ et ρm.

3)- Calculer le volume V_t et la masse de l’iceberg.

Corps flottant

1)- Schéma :

2)- Condition d’équilibre :

- Poussée d'Archimède :

- Elle est égale au poids du volume d'eau de mer déplacée :

- F = m_m . g = ρ_m . V_i . g

- F = m_m . g = ρ_m . (V_t - V_e). g (1)

- Poids de l'Iceberg :

- P = m . g

- P = ρ_i . V_t . g (2)

3)- Volume total de l'Iceberg :

- En combinant (1) et (2) :