Devoir maison sur les mouvements, forces et interactions et principe d'inertie
Exercice 1:
On étudie le mouvement d'une bille de masse m=100 g. L'étude de ce mouvement se décompose en 2 parties. Une première partie sur laquelle le mouvement s'effectue sur une piste horizontale. Dans la seconde partie, la bille atteint une rampe, avant de continuer son chemin dans le vide est de retomber au sol. Le mouvement est représenté sur la chronophotographie où les points représentent la bille. L'intervalle de temps entre chaque prise est de Δt=20 ms. On donne la valeur de g égale à 9,81 N. kg^-1
1- Quel est le système étudié ? Quel est le référentiel décrivant le mouvement de la bille ?
Partie A : Étude du mouvement sur la partie horizontale :
2- Quel est la nature du mouvement sur cette partie. Justifier votre réponse.
3- Effectuer l'inventaire des forces s'appliquant sur le système, et donner les caractéristiques de chacune d'elle (direction, sens et valeur). On négligera les frottements de la piste.
4- Énoncer le principe d'inertie et préciser si celui-ci s'applique dans cette partie.
5- Représenter les forces s'appliquant sur la bille (on prendra comme échelle 1 cm vaut 0,5 N).
Partie B : Étude du mouvement sur la seconde partie :
6- Quel est la nature du mouvement sur cette partie jusqu'au point 13, puis du point 13 jusqu'à la fin ? Justifier votre réponse.
7- En négligeant les frottements de l'air, faites l'inventaire des forces s'appliquant sur la bille.
8- Calculer la valeur de la vitesse moyenne moyenne et celle de la vitesse instantanée au point
11, Vu. La flèche sur le schéma représente une distance de 0,54 m
9- Représenter les 2 vecteurs vitesse sur le schéma. On prendra comme échelle 1cm vaut 1 m.s^-1.
10- Est-ce que le principe d'inertie s'applique dans cette partie du mouvement ?
Exercice 1:
On étudie le mouvement d'une bille de masse m=100 g. L'étude de ce mouvement se décompose en 2 parties. Une première partie sur laquelle le mouvement s'effectue sur une piste horizontale. Dans la seconde partie, la bille atteint une rampe, avant de continuer son chemin dans le vide est de retomber au sol. Le mouvement est représenté sur la chronophotographie où les points représentent la bille. L'intervalle de temps entre chaque prise est de Δt=20 ms. On donne la valeur de g égale à 9,81 N. kg^-1
1- Quel est le système étudié ? Quel est le référentiel décrivant le mouvement de la bille ?
Partie A : Étude du mouvement sur la partie horizontale :
2- Quel est la nature du mouvement sur cette partie. Justifier votre réponse.
3- Effectuer l'inventaire des forces s'appliquant sur le système, et donner les caractéristiques de chacune d'elle (direction, sens et valeur). On négligera les frottements de la piste.
4- Énoncer le principe d'inertie et préciser si celui-ci s'applique dans cette partie.
5- Représenter les forces s'appliquant sur la bille (on prendra comme échelle 1 cm vaut 0,5 N).
Partie B : Étude du mouvement sur la seconde partie :
6- Quel est la nature du mouvement sur cette partie jusqu'au point 13, puis du point 13 jusqu'à la fin ? Justifier votre réponse.
7- En négligeant les frottements de l'air, faites l'inventaire des forces s'appliquant sur la bille.
8- Calculer la valeur de la vitesse moyenne moyenne et celle de la vitesse instantanée au point
11, Vu. La flèche sur le schéma représente une distance de 0,54 m
9- Représenter les 2 vecteurs vitesse sur le schéma. On prendra comme échelle 1cm vaut 1 m.s^-1.
10- Est-ce que le principe d'inertie s'applique dans cette partie du mouvement ?
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1- Le système étudié est la bille de masse m=100 g. Le référentiel décrivant le mouvement de la bille est le référentiel terrestre.
Partie A : Étude du mouvement sur la partie horizontale :
2- Le mouvement sur cette partie est un mouvement rectiligne uniforme (MRU) car la bille se déplace à vitesse constante sur une trajectoire rectiligne.
3- Les forces s'appliquant sur le système sont :
- Le poids P de la bille dirigé vers le bas, de sens opposé à la verticale ascendante, de valeur P = m.g = 0,1 x 9,81 = 0,981 N.
- La force normale N exercée par la piste sur la bille dirigée vers le haut, perpendiculaire à la piste, de valeur N = P = 0,981 N.
4- Le principe d'inertie énonce que tout corps persévère dans l'état de repos ou de mouvement uniforme en ligne droite dans lequel il se trouve, tant que des forces extérieures n'agissent pas sur lui. Ce principe s'applique dans cette partie car la bille se déplace à vitesse constante sur une trajectoire rectiligne, sans que des forces extérieures agissent sur elle.
5- Schéma des forces s'appliquant sur la bille :
^
│
│ P = 0,981 N
│ ──────────►
│
│ N = 0,981 N
▼
Partie B : Étude du mouvement sur la seconde partie :
6- Jusqu'au point 13, la bille effectue un mouvement rectiligne uniformément accéléré (MRUA) car sa vitesse augmente avec le temps sur une trajectoire rectiligne. Du point 13 jusqu'à la fin, la bille effectue un mouvement rectiligne uniforme (MRU) car sa vitesse est constante sur une trajectoire rectiligne.
7- Les forces s'appliquant sur la bille sont :
- Le poids P de la bille dirigé vers le bas, de sens opposé à la verticale ascendante, de valeur P = m.g = 0,1 x 9,81 = 0,981 N.
- La force normale N exercée par la rampe sur la bille dirigée vers le haut, perpendiculaire à la rampe, de valeur N = P.cos(θ) où θ est l'angle d'inclinaison de la rampe.
- La force de traction T exercée par la rampe sur la bille dirigée vers le haut, parallèle à la rampe, de valeur T = P.sin(θ).
8- La distance parcourue par la bille entre les points 10 et 11 est d'environ 0,54 m. Le temps mis par la bille pour parcourir cette distance est de Δt x 2 = 40 ms. La vitesse moyenne est donc : Vmoy = d/Δt = 0,54/0,04 = 13,5 m/s. La vitesse instantanée au point 11 est égale à la pente de la tangente à la courbe à ce point, soit environ 14 m/s.
9- Schéma des vecteurs vitesse :
│
│
│
──────┼──────► Vmoy = 13,5 m/s
│
│
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│
──────┼──────► Vinst = 14 m/s
│
│
│
10- Oui, le principe d'inertie s'applique dans cette partie du mouvement car la bille se déplace à vitesse constante sur une trajectoire rectiligne, sans que des forces extérieures agissent sur elle.