Exercice n 1 : Le poids

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1 Exercice n 1 : Le poids En classe de troisième, on a vu que le poids d une boule de pétanque peut être considéré comme appliqué au centre de gravité G, ce qui suppose qu on a choisi le centre de gravité pour représenter la boule. corrigé 1) Quel est l'objet qui agit sur la boule et dont on modélise l'action sur la boule par cette force appelée poids? C'est la qui agit sur la boule. 2) Quelles sont les caractéristiques du poids? La direction du poids est verticale, son sens est vers le bas (de la boule de pétanque vers la ), et il est appliqué au centre de gravité de la boule. 3) Une boule posée sur le sol a un poids de 7,5 N. Représenter le poids de la boule à l échelle 1cm 5 N. Longueur de la flèche 1,5 cm P b) Y-a-t-il d autres forces exercées sur la boule? Justifier à l aide d un diagramme système-interaction. Oui la force exercée par le sol sur la boule. Connaissances testées C S1 S2-1 -

2 Exercice n 2 : QCM Au cours d un match de football, une faute est faite dans la surface de réparation. Un joueur est donc amené à tirer un penalty. Il pose le ballon sur le sol au point de penalty puis frappe dedans. Indiquer si chacune des affirmations suivantes est vraie ou fausse. Justifier chaque réponse. corrigé Connaissances testées 1 ) Dans un premier temps nous nous intéressons au moment même où le joueur tape dans le ballon. Le joueur à cet instant est en interaction uniquement avec le ballon. S1 Faux, il est aussi en interaction avec la et le sol (et aussi avec l') b) Le ballon est en interaction avec le joueur. S1, S5 Vrai puisqu'il y a contact entre le joueur et le ballon Le ballon est soumis à une force exercée par la. S1, Vrai car le ballon est à la surface de la 2 ) Dans un deuxième temps nous nous intéressons au parcours du ballon dans les s pour parvenir dans la cage du gardien de but. Le ballon est soumis à trois forces. S1, Faux, deux seulement, la force exercée par l sur le ballon et la force exercée par la sur le ballon. b) Le ballon exerce une force sur la. S1, S5 Vrai, d'après le modèle des interactions (la exerce une force sur le ballon donc le ballon exerce une force sur la ). Le joueur qui a tiré le penalty exerce une force sur le ballon. S1, Faux, il ne touche plus le ballon donc n agit plus dessus. 3 ) Dans un troisième temps nous nous intéressons à l arrêt du ballon par le gardien de but. Le gardien de but est en interaction avec le ballon. S1 Vrai, car le gardien de but touche le ballon. b) Le gardien de but exerce une force sur la. S1, S5 Vrai, d'après le modèle des interactions. Le ballon exerce une force sur la. S1,S5 Vrai, d'après le modèle des interactions. Commentes sur le savoir à enseigner et sur le contenu de l exercice Le professeur devra avoir conscience qu'en toute rigueur, on devrait dire ici "système ballon" ou "système joueur". Nous faisons ici dans les formulations le raccourci classique entre objet (qui exerce ou subit des actions) et système (qui exerce ou subit des forces). Sans évoquer préalablement ce problème, le professeur pourra signaler, si un élève pointe cette incohérence avec ce qui a été fait en activité, qu'on fait ici ce raccourci par souci de simplification des formulations

3 Exercice n 3 : interactions et schémas de forces Dans toutes les situations proposées ci-dessous, les personnages et les accessoires sont immobiles. Pour toutes ces situations : a. Établir le diagramme système-interactions. b. Fe la liste des forces qui s exercent sur le système. c. Représenter ces forces sur un schéma sans se soucier de la longueur des vecteurs. On considérera que toutes les forces sont verticales. Le système étudié est souligné Remarque : les vecteurs sont notés sans flèche mais en gras. Situation 1 : Obélix porte son menhir. Obélix/ menhir / menhir Obélix menhir menhir /Obélix menhir / b) Liste des forces : Force exercée par Obélix sur le menhir : F O/m Force exercée par la sur le Menhir : F T/m Situation 1bis : Obélix porte son menhir. / Obélix Obélix/ menhir Obélix menhir Obélix /Ter re menhir /Obélix F O/m F T/m Obélix /sol sol/obélix sol b) Liste des forces : Force exercée par le menhir sur Obélix : F m/o Force exercée par la sur Obélix : F T/O Force exercée par le sol sur Obélix : F S/O Les 3 forces doivent se compenser (voir commentes sur savoir à enseigner). Ces deux premiers exemples illustrent bien qu une même situation peut être décrite de façon très différente en physique selon le système qu on étudie. Situation 2 : Agecanonix s appuie sur son bâton. /bâton Bâton/Agecanonix bâton Agecanonix Bâton/ Agecanonix/bâton F S/O F T/0 F m/o bâton /sol sol/bâton sol b) Liste des forces : Force exercée par Agecaconix sur le bâton: F A/b Force exercée par la sur le bâton : F T/b Force exercée par le sol sur le bâton :F S/b F S/b F T/b F A/b

4 Situation 3 : un élève porte son cartable à la main. Cartable/ élève / cartable élève cartable élève / cartable cartable / b) Liste des forces : Force exercée par l élève sur le cartable : F é/c Force exercée par la sur le cartable : F T/c F é/c F T/c Situation 4 : un élève commence à soulever son cartable. Cartable/ élève / cartable élève cartable élève / cartable cartable / b) Liste des forces : Force exercée par l élève sur le cartable : F é/c Force exercée par la sur le cartable : F T/c Situation 5 : une pierre est suspendue à un élastique. Élastique / pierre / pierre élastique pierre pierre / élastique pierre / F é/c F T/c b) Liste des forces : Force exercée par l élastique sur la pierre : F é/p Force exercée par la sur la pierre : F T/p F é/p F T/p - 4 -

5 Exercice n 4 : saut en parachute Un parachutiste s apprête à prendre l avion pour effectuer un saut en parachute. Situation 1 : Le parachutiste est debout, immobile sur la piste d envol et attend son avion. Fe un diagramme des interactions en prenant comme système d étude l ensemble {parachutiste +parachute} b) On représente le système {parachutiste + parachute} par un point. - Fe la liste des forces s exerçant sur le système. Liste des forces : Force exercée par la piste d envol sur le système : F pe/p+p Force exercée par la sur le système : F T/p+p - Proposer un schéma des forces s exerçant sur le système. - A votre avis ces forces se compensent-elles? Expliquez votre point de vue. Les forces se compensent car le système est immobile. TBO4 Situation 2 : Le parachutiste est dans l avion en plein vol. Dans quel référentiel le parachutiste est-il immobile? Le parachutiste est immobile dans le référentiel avion. Partie1-BO1 b) Citer un référentiel dans lequel le parachutiste est en mouvement. Dans le référentiel terrestre, le parachutiste a le même mouvement que l avion. Partie1-BO1 Fe un diagramme des interactions en prenant comme système d étude l ensemble parachutiste + parachute. Avion Piste d envol système/ avion avion /système système/ piste d envol piste d envol /système Parachutiste+ parachute Parachutiste +parachute / système système / / système système / F pe/p+p F T/p+p Situation 3 : Le parachutiste saute de l avion sans ouvrir son parachute. Fe un diagramme des interactions en prenant comme système d étude l ensemble {parachutiste +parachute} système / / système Parachutiste+ parachute / système système / - 5 -

6 b) En déduire la liste des forces s exerçant sur le système. F a/p+p Liste des forces : Force exercée par l sur le système : F /p+p Force exercée par la sur le système : F T/p+p F T/p+p Proposer un schéma des forces s exerçant sur le système. d) A votre avis ces forces se compensent-elles? Expliquez votre point de vue. Tant que le parachutiste descend de plus en vite, la force exercée par la doit l emporter sur celle exercée par l. TBO4 Situation 4 : Le parachutiste ouvre son parachute lors de sa chute. Fe un diagramme des interactions en prenant comme système d étude le parachutiste. parachutiste / / parachutiste Parachutiste / parachutiste / parachutiste Parachute / parachutiste parachutiste / parachute parachut e b) En déduire la liste des forces s exerçant sur le système. Liste des forces : Force exercée par l sur le parachutiste : F /p Force exercée par le parachute sur le parachutiste : F p / p Force exercée par la sur le parachutiste : F T/p Proposer un schéma des forces s exerçant sur le système. Si le parachutiste vient juste d ouvrir son parachute alors les forces ne se compensent pas : l action de l est quasiment la même qu avant l ouverture et l action du parachute est très importante (cas du schéma ci-contre). Si le parachute a ouvert son parachute depuis un long moment. L action de l devient très faible (car le parachutiste ne va pas très vite) et celle du parachute compense quasiment l action de la (de façon à ce que les 3 forces se compensent). F p/p F a/p F T/p - 6 -