SP. 5. forces er principe d inertie exercices. Savoir son cours QCM :

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1 SP. 5 forces er principe d inertie exercices Savoir son cours QCM :

2 Des noms pour des mouvements m t de la droite vers la gauche m t du haut vers le bas m t de la gauche vers la droite m t dans le sens trigonométrique uniforme Mouvement circulaire uniforme m t dans le sens des aiguilles d une montre m t du bas vers le haut m t de la gauche vers la droite m t de la gauche vers la droite départ Mouvement circulaire ralenti Mouvement curviligne uniforme Mouvement curviligne d abord ralenti puis Utiliser ses connaissances Un tour de manège Une maman emmène son petit Johan et son copain Rémi faire un tour de grande roue. Johan s installe sur la nacelle A à côté d une jeune fille et Rémi préfère aller dans la nacelle B. La grande roue a un diamètre de 26 m. E Elle met T = 31s pour faire un tour complet. Elle tourne régulièrement dans le sens des aiguilles d une montre. La maman reste immobile sur le sol et regarde ses deux petits. a) Quel est, pour la maman, le mouvement de Johan. Quel est le référentiel d observation? C est un mouvement circulaire uniforme. (pointillés). b) Calculer la vitesse de Johan dans le référentiel terrestre en m/s, puis en km/h. Distance parcourue : 2 R = D = 26 = 81,7 m. Temps de parcours : T = 31 s. Vitesse : V = = = 2,63 m.s -1 = 9,5 km.h -1.

3 c) Quel est le mouvement de la jeune fille vu par Johan? Johan est immobile. Sa trajectoire est un point fixe et sa vitesse est nulle. Quel est le référentiel d observation? C est le référentiel de la nacelle A. d) En utilisant votre feuille de papier calque, décrivez le mouvement de Rémi observé par Johan : dans le référentiel de Rémi, Johan a un mouvement à peu près circulaire. Une rencontre La voiture bleue qui roule à 60 km/h part du point A. Le tracteur qui roule à 25 km/h part du point B. Au bout de combien de temps se rencontrent-ils (donner la valeur en s puis en min et s)? A quelle distance du point A? Attention! Utiliser le mètre et la seconde!!!!! d = 20 km B A Au bout de combien de temps se rencontrent-ils? Dans le référentiel de la voiture, tout se passe comme si la voiture était immobile et que le tracteur avançait vers elle à la vitesse : v = = 85 km/h. Donc tout se passe comme si la voiture ne bougeait pas et que le tracteur parcourait seul la distance d à 85km/h. Temps mis pour parcourir cette distance : v = t = Attention!!!!! Avant de faire le calcul, il faut transformer v en m/s et d en m pour la cohérence des unités. On aura alors t en s. V = 85km/h = Donc t = = 23,6 m/s. = 847,5 s = 14 min et 7,5 s A quelle distance du point A? Pour répondre à cette question, revenons dans le référentiel de la route (terrestre). Quelle distance d A parcourt la voiture, à partir du point A, en t = 847,5 s? La voiture roule à v A = 60 km/h = 16,67 m/s. d A = v A t = 16,67 847,5 = m = 14 km et 125 m.

4 Escalators : Le schéma représente un escalier roulant. Les deux escaliers avancent à la même vitesse de 1,6 m.s -1. b) On se place dans le référentiel de l escalier descendant. Quel est le mouvement du piéton A (sens de déplacement et valeur de la vitesse)? Quel est le mouvement du piéton B (sens de déplacement et valeur de la vitesse)? Quel est le mouvement du piéton C (sens de déplacement et valeur de la vitesse)? Dans le référentiel de l escalier descendant : A est immobile (v A = 0 m/s). B monte (mouvement rectiligne à la vitesse v B = 2 1,6 = 3,2 m/s). C monte (mouvement rectiligne à la vitesse v C = 1,6 m/s). b) Même question si on se place dans le référentiel terrestre. Dans le référentiel de l escalier descendant : A descend (mouvement rectiligne à la vitesse v A = 1,6 m/s). B monte (mouvement rectiligne à la vitesse v B = 1,6 m/s). C est immobile (v C = 0 m/s). c) Même question si on se place dans le référentiel du piéton B et qu en plus, le piéton B monte les marches à la vitesse de 2 m.s -1. Dans le référentiel de l escalier montant : A descend (mouvement rectiligne à la vitesse v A = ,6 m/s = 4,2 m/s). B est immobile (v B = 0 m/s). C descend (mouvement rectiligne à la vitesse v C = 2 + 1,6 m/s = 3,6 m/s). Une goutte de pluie : A 1 à A 7 sont les positions successives de la tête du conducteur de la voiture et G 1 à G 7 sont les positions successives d une goutte de pluie en train de tomber. a) Quel est la trajectoire de la goutte dans le référentiel terrestre? Mouvement rectiligne uniforme. b) A l aide de votre feuille de papier calque, tracer la trajectoire de la goutte vue par l automobiliste.

5 Championnats du monde d athlétisme Tremplin du saut à ski Lors des championnats du monde d athlétisme d août 2009, le jamaïcain Usain Bolt a établi en 9,58 s un nouveau record du monde du 100 m. Aux jeux olympiques de Berlin, en 1936, L américain Jesse Owens (voir logo de notre partie «sport»!) avait remporté le 100 m en 10,3 s. a) Calculer la vitesse moyenne de chacun de ces deux coureurs sur l ensemble du 100 m. Ussain Bolt : V 1 = V 1 = 10,44 m/s. Jesse Owen : V 2 = V 2 = 9,71 m/s. b) Si Usain Bolt avait couru pendant la même durée que Jesse Owen en gardant sa performance, quelle distance aurait-il parcouru? Distance parcourue par Ussain avec sa propre vitesse V 1 = 10,44 m/s pendant la durée du 100m de Jesse Owen (10,3s). V 1 = d 1 = V 1 t 2 = 10,44 10,3 107,5 m Il aurait parcouru 107,5 m au lieu de 100m. c) Si tous deux participaient à une course commune en conservant leur performance respective, à quelle distance de la ligne d arrivée se trouverait Jesse Owen au moment où Usain Bolt la franchirait? Distance parcourue par Jesse Owen en t 1 = 9,58 s avec sa propre vitesse V 2 = 9,71 m/s. V 2 = d 2 = V 2 t 1 = 9,71 9,58 93 m Il aurait parcouru 93 m au lieu de 100m, il serait donc à 7 m de la ligne d arrivée lorsque Bolt la passerait. Lors d une épreuve de saut à ski, après une course d élan de 100 m, la valeur de la vitesse du sauteur atteint 92 km.h -1 en 5,0 s. a) Quelles sont les caractéristiques du mouvement d un point du casque du sauteur lors de sa course d élan dans le référentiel terrestre? Mouvement curviligne. b) Calculer la valeur de la vitesse moyenne du skieur lors de sa course d élan. Vmoy = V moy = 20 m/s = 72 km/h. c) Comparer cette valeur à 92 km.h -1. Pourquoi sont-elles différentes? Parce que le skieur démarre avec une vitesse nulle et termine avec une vitesse de 92 km/h. La vitesse change tout le temps sur la piste d élan. Donc si elle ne reste pas constante, la vitesse moyenne ne peut être égale à la vitesse finale. Passage de témoin : Lors d un relais d athlétisme, un bon passage de témoin consiste à ce que le porteur du témoin ait, dans la zone de transmission une vitesse v constante. Le schéma ci-contre représente, à intervalles de temps égaux, les positions du premier relayeur (violet) et celle du deuxième relayeur (bleu).

6 a) Dans un référentiel terrestre, décrire le mouvement du buste du premier relayeur puis du deuxième. Premier relayeur : mouvement rectiligne d abord uniforme (entre 1 et 8) puis ralenti (entre 8 et 9). Deuxième relayeur : mouvement rectiligne. b) La valeur de la vitesse du premier relayeur dans la zone de transmission est de 9,1 m.s -1. En quelle durée le premier relayeur parcourt-il une distance de 10 m? Quel intervalle de temps sépare deux positions successives représentées sur le schéma? d Echelle : 10 m 2,15 cm d? 1,05 cm On fait un produit en croix : d = 4,9 m en réalité sur la piste d athlétisme. Temps entre deux positions successives du relayeur 1 : V = t = = 0,54 s. c) A l aide d un calque, déterminer la trajectoire du premier relayeur dans un référentiel lié au deuxième relayeur. Décrire le mouvement du premier relayeur par rapport au deuxième relayeur. On voit que le mouvement du 1 par rapport à 2 est rectiligne uniforme, puis ralenti et enfin, entre 8 et 9, 1 change de sens par rapport à 2. 1 recule par rapport à 2.