PHY5042 Cinématique et quantité de mouvement

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1 PHY5042 Cinémaique e quanié de mouemen Prées B Rédigé par Jacques Bernard CS de Laal Réisé par Séphane Laoie CSDGS Version du 12 férier 2004

2 PHY-5042 prées B Quesionnaire 1) Voici une série d énoncés relaifs au mouemen de cerains corps. 1. En obseran le mouemen de ceraines planèes pendan une période de l année on noe que la planèe Mars recule alors que Vénus aance dans le ciel. Cela signifie que les deux planèes se déplacen en sens opposé. 2. Un obseraeur en mouemen oi une balle omber en ligne droie. Cela signifie que la rajecoire réelle de la balle es une parabole. 3. La siuaion où deux mobiles qui se déplacen en sens conraire es équialene à celle où un mobile se déplace à une iesse égale à la somme des grandeurs des iesses pendan que l aure mobile demeure au repos. 4. Dans un film, une cascade consise à se jeer du hau d un pon sur un baeau en mouemen. Pour réaliser correcemen cee prouesse, le cascadeur doi sauer du pon au momen où le baeau es sous lui. Choisissez les énoncés qui son rais e corrigez les énoncés fauifs. 2) Parmi les 4 énoncés suians, concernan le mouemen d un mobile, idenifiez les deux énoncés qui son faux e corrigez-les de façon à les rendre rais. a) Si deux mobiles on le même poin de dépar e le même poin d arriée, les deux mobiles on obligaoiremen parcouru la même disance. b) Le déplacemen d un mobile es généralemen plus cour que sa rajecoire. c) Lorsque le poin de dépar e d arriée d un mobile son confondus la rajecoire es nulle. d) Lorsque l aiguille d une monre fai un our comple le déplacemen de la poine de l aiguille es nul. 3) Pendan une chaude nui d éé à la campagne ous en profier pour obserer le ciel e ous oyez que plusieurs saellies s y déplacen. Vous ous demandez alors quelle peu bien êre leur iesse. Proposer une méhode simple qui ous permerai de l éaluer approximaiemen. Indice : les saellies se déplacen à une aliude de 400 km. Version du 12 férier 2004 Page 2 de 8

3 PHY-5042 prées B Quesionnaire 4) Pierre lance e fai rouler au sol une balle de ennis pour son chien Oscar. Les graphiques de la page suiane représenen le mouemen de la balle après qu elle a quié la main de Pierre. Associer à chacun des énoncés l un des graphiques de la page suiane. 1) La surface du sol es rès rugueuse 2) La surface du sol es polie 3) Le ype de surface du sol passe de rugueuse à polie 4) Le ype de surface du sol passe de polie à rugueuse Graphique 1 Graphique 2 Graphique 3 Graphique 4 Graphique 5 Graphique 6 Graphique 7 Graphique 8 5) Voici une série d énoncés relaifs à la quanié de mouemen. 1. Deux objes de même masse auron la même quanié de mouemen si la grandeur de leur iesse es la même. 2. Le principe de conseraion de la quanié de mouemen signifie que lorsqu une oiure roule sur la roue sa quanié de mouemen ne changera pas. 3. Pour une série de mobiles allan à la même iesse, on peu dire que plus le mobile es lourd plus sa quanié de mouemen sera grande. 4. Au billard, la boule blanche poursui sa rajecoire reciligne après aoir frappé la boule numéro 9. On peu conclure aec ceriude que la boule numéro 9 ira dans la même direcion que la boule blanche. Choisissez les énoncés rais e jusifiez ore choix. Version du 12 férier 2004 Page 3 de 8

4 PHY-5042 prées B Quesionnaire 6) Soi les graphiques suians pouan représener des courbes posiion-emps, iesseemps ou accéléraion-emps. (La conenion des signes pour ce exercice es mouemen ers la hau ou ers la droie = +, mouemen ers le bas ou ers la gauche = -). Graphique1 Graphique 2 emps emps Graphique3 Graphique 4 emps emps a) Parmi ces graphiques, idenifiez celui qui ne peu pas correspondre à un mouemen reciligne uniforme e expliquez pourquoi. b) Associez un des graphiques à chacune des siuaions suianes e indiquez de quel ype de graphique il s agi : posiion-emps, iesse-emps ou accéléraion-emps. 1) Une boule de quilles es lancée dans une allée de quilles. (Négligez le froemen e la résisance de l air). 2) Une oiure essaie de dépasser une seconde oiure sur la roue. 3) Un cyclise descend une côe en roue libre. Version du 12 férier 2004 Page 4 de 8

5 PHY-5042 prées B Quesionnaire 7) Voici quare ableaux de résulas obenus lors de l éude du mouemen reciligne d un corps. A. Tableau A Posiion (m) 50,3 50,4 50,5 50,6 50,7 Temps (s) 0 1,0 1,9 2,7 3,4 B. Tableau B Posiion (m) -0,45-0, 60-0,75-0,90-1,05 Temps (s) C. Tableau C Posiion (m) 0,30 0,15 0,00-0,15-0,30 Temps (s) D. Tableau D Posiion (m) 0,32 0,88 1,68 2, Temps (s) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Associez le ou les ableaux suians aux équaions ci-dessous. Jusifiez ore réponse. 1) s = -0,15 + 0,45 2) s = ) Jean Marc e Sophie, dans le cadre d un cours d orienaion d un week-end, doien suire les insrucions suianes pour se rendre au campemen du samedi soir. Marcher 7 km en direcion sud-oues, ensuie 5 km à 60 au sud de l es, suii de 4 km plein sud. Le lendemain, le reour ers le poin de dépar se fera en ligne droie. a) Quel es le déplacemen correspondan à la première journée de marche? b) Quelle disance auron-ils marché à la fin du week-end? 9) Une mallee repose sur le plancher d un ascenseur qui mone à une iesse consane de 3 m/s. Soudain, à cause d un problème mécanique, l ascenseur s arrêe brusquemen e la mallee s élèe au-dessus du plancher. À quelle haueur au-dessus du plancher la mallee s élèera--elle? Négligez le froemen. Jusifiez ore réponse par des calculs déaillés. Version du 12 férier 2004 Page 5 de 8

6 PHY-5042 prées B Quesionnaire 10) Bébé Jean ien d échapper son hoche par la fenêre siuée à une haueur de 150 m. Madame Lachance, qui mesure 1,5 m e qui marche à la iesse de 3 km/h, le recera-elle sur la êe si elle es à 6 m du poin de chue? 150 m 6 m 11) Au Club de Golf Alanide de l île Perro, on aein le er du premier coup lorsque la balle parcour une disance horizonale de 301 m. Quelle doi êre la iesse iniiale de la balle pour que cela se produise, si la balle quie le sol selon un angle d éléaion de 28 e aein une haueur maximale de 40 m? Jusifiez ore réponse par des calculs déaillés. 12) Lors d une expérience en laboraoire deux charios monés sur rails se dirigen l un ers l aure e enren en collision. Les images 1 e 2 représenen le mouemen des deux charios aan e après la collision respeciemen. Le chario de gauche sur l image 1 a une masse de 2 kg. Déerminer la masse du chario de droie en sachan que l appareil prend 20 phoos à la seconde, = 1 mère Image 1 Image 2 Version du 12 férier 2004 Page 6 de 8

7 PHY-5042 prées B Quesionnaire 13) Voici un bref exrai de «GALILÉE, le dialogue sur les deux grands sysèmes du monde». Dans ce dialogue Saliai es pore-parole de GALILEE e Simplicio es le enan de la radiion arisoélicienne, I'aure grand sysème du Monde. SIMPLICIO : Il y a par ailleurs 1'expérience si caracérisique de la pierre qu'on lance du hau du mâ du naire : quand le naire es au repos, elle ombe au pied du mâ ; quand le naire es en roue elle ombe à une disance égale à celle don le naire a aancé pendan le emps de la chue de la pierre; e cela fai un bon nombre de coudées quand la course du naire es rapide. (...) SALVIATI: (...) Vous dies : quand le naire es à l'arrê la pierre ombe au pied du mâ, e quand le naire es en mouemen elle ombe loin du pied ; inersemen donc quand la pierre ombe au pied du mâ on en conclu que le naire es à l'arrê, e quand elle ombe loin du mâ, on en conclu que le naire es en mouemen ; comme ce qui arrie sur le naire doi égalemen arrier sur la Terre, dès lors que la pierre ombe au pied de la our, on en conclu nécessairemen que le globe erresre es immobile. (...) Aez-ous jamais fai l'expérience du naire? SIMPLICIO : Je ne l ai pas faie mais je crois raimen que les aueurs qui la présenen en on soigneusemen fai l'obseraion ; (...) SALVIATI : (...)... e il rouera en effe que l'expérience monre le conraire de ce qui es écri : la pierre ombe au même endroi du naire que celui-ci soi à l'arrê ou aance à n'impore quelle iesse. Source :Inerne hp://formaion.eud.u-psud.fr/physique/filieres/opions/pel/aidegen/hisoiremeca.hm Vous consaez qu à l époque on ne saai pas encore que la iesse éai un eceur. Expliquez en quoi la noion de eceur es enue clarifier la siuaion présenée dans le dialogue de Galilée. 14) Marc es programmeur pour une compagnie de déeloppemen de jeux idéos. Il désire déelopper un jeu idéo qui simule le billard. Le jeu doi comprendre différens nieaux de difficulé e inclure une façon de richer. Expliquer pourquoi une bonne connaissance des principes de la cinémaique e de la quanié de mouemen, aidera Marc à déelopper son jeu. Version du 12 férier 2004 Page 7 de 8

8 PHY-5042 prées B Quesionnaire 15) En 1964, à l'occasion des jeux Olympiques, les Japonais ouren la ligne Tokaido, de Tokyo à Osaka. Ils ne son pas méconens de donner ainsi une démonsraion de leur modernisme e de la qualié de leur echnologie. Mais, ils adminisren aussi la preue que le chemin de fer, qui aai éé l'une des mereilles du XIX e siècle, es encore capable de surprendre dans la seconde moiié du XX e. En 1981, la S.N.C.F. fai rouler son T.G.V. : une nouelle éape es franchie dans la course ers l'efficacié des ranspors ferroiaires. L'amélioraion des sysèmes de racion, des possibiliés d'accéléraion e de freinage permeen des racés de oies beaucoup plus recilignes. Le T.G.V., qui es capable, grâce à sa puissance e à sa légèreé, d'aaler des penes de 35 p. 1000, joue aec le relief selon des règles bien différenes de celles auxquelles éaien soumis les rains de naguère, hors de souffle au-dessus de 4 p Les progrès de l'élecronique conduisen à une gesion plus raionnelle du rafic, ceux de l'élecroechnique à une alimenaion plus efficace des lignes en énergie. C'es en jouan sur ces faceurs e sur bien d'aures encore e en inroduisan parou la modernié dans l'apparen classicisme que les ingénieurs de la S.N.C.F. on conçu e mis en œure non seulemen le meilleur rain du monde mais aussi l'un des modes de ranspor les plus efficaces Source Inerne : aueur anonyme a) Décriez deux siuaions qui préalaien aan l appariion du TGV en Europe. b) Décriez deux changemens sociaux surenus à la suie de l'appariion du TGV. c) Décriez un changemen dans la percepion des disances suie au déeloppemen du ranspor rapide. Version du 12 férier 2004 Page 8 de 8