Physique Fiche3 3eme Exercice 1 On dispose d'un ressort de longueur à vide 8 cm. Une boule en fer de masse 500 g, est accrochée à ce ressort. L'ensemble est posé sur un plan lisse et incliné. l'équilibre, la longueur du ressort devient 13 cm. 1) Calculer l'intensité du poids de la boule. On donne g = 10 N/kg. 2) a- L'intensité de la tension du ressort en fonction de l'allongement est donnée par le graphique ci-contre. En déduire l'intensité de la tension du ressort. b- Calculer la raideur du ressort dans le système international. 3) Quelle est la troisième force exercée sur la boule? 4) Indiquer la direction, le sens et le point d'application de chacune de ces forces. Préciser de même si c'est une force de contact ou à distance. 5) Quelle relation vectorielle existe entre ces forces à l'équilibre? 6) Reproduire la figure et représenter ces forces sans tenir compte de l'échelle (sans tenir compte de l'intensité de ces forces). Intesité de la tension du ressort (N) 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 llongement (cm) Exercice 2 On donne : Pression atmosphérique Patm = 76 cm de mercure ; masse volumique du mercure ρhg = 13,6 g/cm3 ; Masse volumique de l'eau ρeau = 1 g/cm3 ; g = 10 N/kg. I Pression atmosphérique On considère un tube en U contenant de l'eau à l'équilibre (figure 1). 1. Les deux points et B subissent la même pression qui est la pression atmosphérique. Calculer en pascals la valeur de cette pression. 2. Les deux points et B sont dans un même plan horizontal. Justifier. II Masse volumique du liquide Dans l'une des deux branches du même tube, on verse une quantité d'un liquide non miscible à l'eau, de masse volumique ρ. À l'équilibre, la hauteur du liquide est h = 20 cm et celle de l'eau au-dessus de la surface de séparation des liquides est h 1 = 16 cm (figure 2). 1. Déterminer, en fonction de ρ, la pression au point C. 2. Calculer la pression au point D. Page 1 of 5
3. Les pressions en C et D sont égales. Pourquoi? 4. Déduire la valeur de ρ. Exercice 3 On dispose d un pavé droit homogène en aluminium de masse volumique ρ = 2,7 g/cm 3 et de volume 60 cm 3. Prendre g = 10 N/kg. 1) Montrer que la masse du pavé est de 162 g. 2) Le pavé repose en sa surface rectangulaire de dimension 3 cm par 4 cm sur un support horizontal. Calculer la pression exercée par ce pavé sur le support dans le système international. L aire d un rectangle est égale au produit de sa longueur par sa largeur. Exercice 4 Une éprouvette contient une colonne d eau de hauteur 25 cm. On donne : g = 10 N/kg ; ρ eau = 1 g/cm 3 ; ρ mercure = 13,6 g/cm 3 1) Quelle est la pression exercée par l eau au fond de l éprouvette? 2) La pression atmosphérique à la surface de l eau est équivalente à celle d une colonne de 75 cm de mercure. Montrer que la pression atmosphérique est de 103 360 Pa. 3) En déduire la pression totale exercée sur le fond de l éprouvette. Exercice 5 On dispose d'un ressort de longueur à vide 8 cm. Le graphe ci-contre montre la variation de l'intensité de la tension de ce ressort en fonction de l'allongement. 1) a- Quelle conclusion peut-on tirer concernant la tension du ressort et l'allongement? Justifier. b- Déterminer la raideur de ce ressort en N/m. T(N) 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Δl (cm) 0 1 2 3 4 5 6 7 2) Une boule en fer de masse 280g, est accrochée à ce ressort comme l'indique la figure ci-contre. L'ensemble boule-ressort est en équilibre. 7) Quelles sont les forces exercées sur la boule? Indiquer pour chacune si c'est une force de contact ou à distance. 8) Déterminer l'intensité de chacune de ces forces. Prendre g = 10 N/kg. 9) Reproduire la figure et représenter ces forces. Indiquer l'échelle choisie. 10) Calculer la longueur du ressort après avoir accrocher la boule. 3) Dans une deuxième expérience, un aimant de masse 150 g est placé au-dessous de la boule en fer. La force exercée par l aimant sur la balle est de 0,4 N. Page 2 of 5
a- Quelle l intensité de la force exercé par la boule sur l aimant? Justifier. b- Calculer le poids de l aimant ainsi que l intensité de la réaction du support exercée sur l aimant. Exercice 6 Un ressort de raideur 25 N/m et de longueur à vide 10 cm est accroché à un support lisse. En son extrémité, on accroche un bloc (B) de masse 250 g. l équilibre, la longueur du ressort est alors 15 cm. Le bloc subit de la part du support une force de 2,2 N. Prendre g = 10 N / kg. 1) Calculer le poids du bloc (B). 2) Calculer la tension du ressort exercée sur (B). 3) Donner les caractéristiques de la réaction du support en justifiant. 4) Dessiner les forces exercées sur (B). 5) Quelle est la relation vectorielle entre ces forces? 1) P = m g = 2,5 N 2) Loi de Hooke : T = K Δl ; or Δl = 15 10 = 5 cm = 0,05 m donc T = 25 0,05 = 1,25 N 3) Le support est lisse donc la réaction du support est la réaction normale. Point d application : centre de la surface de contact Direction : verticale Sens : vers le haut Intensité : 2,2 N 4) Figure ci-contre. 5) (B) en équilibre donc T + P + R = 0 Exercice 7 Tension et allongement d'un ressort On dispose d'un ressort élastique et d'un solide (S) de masse M. On donne : g = 10 N/kg. I - Caractéristique du ressort La figure ci-contre donne, dans la limite d'élasticité du ressort, les variations de la valeur T de la tension en fonction de l'allongement ΔL du ressort. 1) En se référant au graphique, compléter le tableau ci-dessous. T (N) 2 6 L (cm) 2 2) K= T L (N/cm) K représente une grandeur caractéristique du ressort. a) Nommer cette grandeur. b) Donner sa valeur dans le SI. c) Nommer la loi traduite par la relation entre T, K et L. Page 3 of 5 (S)
II - Equilibre du solide (S) On suspend le solide (S) à l'extrémité libre du ressort. (S) est au repos. 1) Nommer les deux forces agissant sur (S) et classer les en force à distance et force de contact. 2) Ecrire la relation vectorielle entre ces deux forces. III - Limite d'élasticité du ressort L'allongement maximal du ressort dans sa limite d'élasticité est de 7 cm. Si on accroche au ressort une masse M = 1,7 kg, le ressort perd son élasticité. Justifier en se référant au graphique. Exercice 8 Force pressante Un récipient contient une quantité d'eau de hauteur h = 30 cm. u fond de ce récipient, on place une pièce de métal d'épaisseur négligeable et de surface S = 10 cm 2. Le récipient est posé sur une table horizontale comme le montre la figure ci-contre. L'eau dans le récipient est au repos. On donne : pression atmosphérique : P atm = 75 cm de mercure masse volumique du mercure : Hg = 13600 kg/m 3 masse volumique de l eau : eau = 1000 kg/m 3 g = 10 N/kg. 1) Pression à la surface de l'eau a) La surface libre de l'eau dans le récipient est plane et horizontale. Pourquoi? Calculer, en pascals, la valeur de la pression en un point de cette surface. 2) Pression au fond du récipient a) Calculer la pression exercée par l'eau en un point B de la pièce de métal. b) En déduire la valeur de la pression totale subie par B. 3) Représentation de la force pressante a) Calculer la valeur, F, de la force pressante Fsubie par la pièce de métal. b) Donner la direction, le sens de F et son point d application. c) Représenter F, au point B, à l'échelle : 35 N 1 cm. B h Exercice9 Mesure de la masse volumique de l huile a- Considérons un tube en U, rempli d une certaine quantité d eau, comme le montre la figure (a). Les deux surfaces libres de l eau sont sur le même niveau horizontal. Pourquoi? 1 pt b- Dans l une des branches du tube, on verse de l huile jusqu'à une hauteur H = 18 cm comme le montre la figure (b). la dénivellation de l eau dans le tube est h = 13,5 cm. On donne : - masse volumique de l eau : 1000 Kg/m 3. - g = 9,81 N/Kg 1- Choisir, en le justifiant, deux points dans le tube de la figure (b), de sorte que les pressions en ces deux points soient égales. 2- Calculer la pression de la hauteur h de l eau dans le tube. 3- Déterminer la masse volumique de l huile. c- Déterminer la hauteur du mercure qui est équivalente à 18 cm d huile, sachant que la masse volumique du mercure est 13,6 g/cm 3. Page 4 of 5
Exercice 10 Les icebergs Un iceberg est un bloc immense de glace qui flotte à la surface de l eau. Pour mettre en évidence le danger des icebergs sur la navigation maritime, on dispose d un glaçon, de masse 135 g et de volume V 1 = 150 cm 3 et d un vase contenant une quantité suffisante d eau de masse volumique 1000 kg/m 3. g = 10 N/kg. 1. On immerge le glaçon complètement dans l eau et on le lâche. Le glaçon monte. a) Nommer les forces qui agissent sur le glaçon dans l eau. b) Donner leur direction. c) Déterminer la valeur de chacune d elle. d) En déduire pourquoi le glaçon monte. 2. Le glaçon flotte ; il est en équilibre à la surface de l eau. a) Donner la condition d équilibre du glaçon à la surface de l eau. b) Déduire le volume V 2 de la partie immergée du glaçon. 3. a) Calculer le rapport V 2 /V 1. b) Le calcul du rapport V 2 /V 1 met en évidence le danger des icebergs. Expliquer. Page 5 of 5