Cours en ligne Physique-Chimie en Terminale

Chapitres Physique-Chimie en Terminale Générale

Exercices sur les Lois de Newton en terminale générale

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Résumé de cours Exercices et corrigés

Cours en ligne de Physique-Chimie en Terminale

S’entraîner sur des exercices corrigés est essentiel pour réussir en Terminale en Physique. Utilisez vos connaissances acquises en cours particuliers de Physique-Chimie. Les profs de physique chimie à domicile vous permettent de combler dans un premier temps vos lacunes, vous pouvez ensuite progresser sur des exercices jusqu’à atteindre un excellent niveau et pouvoir prétendre à des établissements brillants aux classements scolaires.

QCM Actions Mécaniques en Terminale

1. On note $\vec{f}$ la force mécanique gravitationnelle exercée par un astre sphérique sur un corps $M$ de masse $m$ .

La force est inversement proportionnelle

a. à la distance de $M$ à la surface de la planète

b. à la distance de $M$ au centre de la planète

c. au carré de la distance de $M$ à la surface de la planète

d. au carré de la distance de $M$ au centre de la planète

2. Une étoile de centre $O_S$ , en formation, voit son rayon doubler et sa masse multipliée par 8 entre deux instants. Une planète de masse constante a pour centre le point $M$ qui se trouve toujours à la même distance de $O_S$ entre les deux instants.

Entre les deux instants, la force gravitationnelle subie par la planète

a. est multipliée par 16

b. est multipliée par 8

c. est multipliée par 4

d. est multipliée par 2

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Correction du QCM sur les Actions Mécaniques en Terminale

Correction 1 : réponse D, carré de la distance $M$ au centre de la planète

Correction 2 : réponse B

La force ne dépend pas du rayon ( $R_S$ ) de l’étoile mais de la distance ( $r=O_SM$ ) entre les centres des deux corps, qui ne varie pas ici.

Comme la force gravitationnelle est proportionnelle à la masse de l’étoile, la force est multipliée par 8.

QCM Composantes d’un vecteur force en Terminale

Dans le dispositif suivant, on modélise un skieur sur un remonte-pente par une tige $AB$ subissant

* une force de contact $\vec{T}+\vec{N}$

* son poids $\vec{P}$

* la force de tension $\vec{F}$

Les composantes de $\vec{T}$ sont

a. $\vec{T}\left(\begin{array}{c} -T \\ 0 \end{array}\right)$

b. $\vec{T}\left(\begin{array}{c} T \\ 0 \end{array}\right)$

c. $\vec{T}\left(\begin{array}{c} 0 \\ -T \end{array}\right)$

d. $\vec{T}\left(\begin{array}{c} 0 \\ T \end{array}\right)$

Correction du QCM sur Composantes d’un vecteur force

Correction : réponse A

$\vec{T}$ est selon $\vec{i}$ et sa composante est négative.

QCM sur les Lois de Newton en Terminale

1. Une planète sphérique $A$ de masse $m_A=2m$ est en interaction gravitationnelle avec une autre planète sphérique $B$ de masse $m_B=m$ . Les forces d’interaction vérifient la relation

a. $\vec{f}_{A\rightarrow B}=2\vec{f}_{B\rightarrow A}$

b. $\vec{f}_{B\rightarrow A}=2\vec{f}_{A\rightarrow B}$

c. $\vec{f}_{A\rightarrow B}=-2\vec{f}_{B\rightarrow A}$

d. $\vec{f}_{B\rightarrow A}=-2\vec{f}_{A\rightarrow B}$

e. $\vec{f}_{B\rightarrow A}=-\vec{f}_{A\rightarrow B}$

2. Un point $M$ de masse $m$ se déplace sur un axe rectiligne $(O,x)$ sous l’action d’un ensemble de forces dont la somme, dans le référentiel galiléen du laboratoire, est constante

$\sum\vec{f}=F_0\vec{i}$

À l’instant initial ( $t=0$ ), $M$ se trouve en $x(0)=0$ avec une vitesse initiale

$\vec{v}(0)=v_0\vec{i}$

L’équation horaire du mouvement de $M$ s’écrit

a. $x(t)=F_0t+v_0$

b. $x(t)=\displaystyle{\frac12mF_0t^2+v_0t}$

c. $x(t)=\displaystyle{\frac12\cdot\frac{F_0}{m}t^2+v_0t}$

d. $x(t)=\displaystyle{\frac12\cdot\frac{F_0}{m}t^2+v_0}$

Correction du QCM sur les Lois de Newton

Correction 1 : E

C’est la troisième loi de Newton (ou principe d’action-réaction).

Correction 2 : C

La deuxième loi de Newton appliquée dans le référentiel galiléen du laboratoire s’écrit

$F_0\vec{i}=\displaystyle{m\frac{d^2x}{dt^2}(t)\vec{i}}$

donc $\displaystyle{\frac{d^2x}{dt^2}(t)=\frac{F_0}{m}}$

On primitive par rapport à $t$

$\displaystyle{\frac{dx}{dt}(t)=\frac{F_0}{m}t+K}$ où $K$ est une constante d’intégration.

On utilise la condition initiale sur la vitesse : à $t=0$

$v_0=\frac{F_0}{m}\cdot 0+K$

donc $K=v_0$ et

$\displaystyle{x(t)=\frac{F_0}{m}t+v_0}$

On primitive par rapport à $t$

$\displaystyle{x(t)=\frac12\frac{F_0}{m}t^2+v_0t+L}$ où $L$ est une constante d’intégration.

On utilise la condition initiale sur la position : à $t=0$

$0=\frac12\frac{F_0}{m}\cdot 0^2+L$

donc $L= 0$ et $\displaystyle{x(t)=\frac12\frac{F_0}{m}t^2+v_0t}$

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Exercices sur les Lois de Newton en Terminale

Exercice sur les actions mécaniques : entre deux étoiles

Deux étoiles identiques, sphériques, de centres respectifs $A$ et $B$ sont immobiles dans un référentiel galiléen.

Un corps $M$ quasiment ponctuel est placé, sans vitesse initiale, au point $I$ milieu de $[AB]$

a. Justifier que la somme des forces gravitationnelles subies par $M$ est nulle.

b. On déplace légèrement $M$ à partir de la position $I$ jusqu’au point $J$ , en le maintenant sur le segment $[AB]$ mais en le rapprochant de $B$ (donc en l’éloignant de $A$ ).

On lâche $M$ sans vitesse initiale depuis $J$ .

Aura-t-il tendance à se rapprocher de $I$ ou à s’en éloigner ?

c. On déplace légèrement $M$ à partir de la position $I$ jusqu’au point $K$ , $[IK]$ étant perpendiculaire à $[IJ]$

On lâche $M$ sans vitesse initiale depuis $K$ .

Aura-t-il tendance à se rapprocher de $I$ ou à s’en éloigner ?

Exercice Composantes d’un vecteur force : charge au sol

Une pierre $M$ de masse $m$ est sur le sol horizontal. Un opérateur veut la faire glisser sur le sol en tirant dessus grâce à une corde de masse presque nulle et inextensible. La corde fait un angle $\alpha$ avec l’horizontale et on note $F$ la norme de la force de l’opérateur.

a. Déterminer les composantes dans le repère $(O,x,y)$ des forces $\vec{T}$ , $\vec{N}$ , poids $\vec{P}$ et force de tension $\vec{F}$ subies par la pierre en fonction des normes $T$ , $N$ et $F$ , de la masse $m$ de la pierre, de la norme $g$ et de l’angle $\alpha$ .

b. La pierre est immobile au sol, ce qui entraîne que la somme des vecteurs force est nulle en déduire l’expression de $N$ en fonction de $m$ , $g$ , $\alpha$ et $F$ , puis l’expression de $T$ en fonction de $\alpha$ et $F$

c. La pierre commencera à glisser dès que $T$ est supérieure ou égale à $0,4\times N$ .

En déduire la valeur minimale de $F$ en fonction de $m$ , $g$ et $\alpha$ .

d. Le résultat confirme-t-il que plus une pierre est lourde, plus il est difficile de la faire glisser ?

Exercice Lois de Newton : poussée d’Archimède

Une bille sphérique de volume $V=10~\mathrm{cm^3}$ et de masse volumique

$\mu=3,0\cdot 10^3~\mathrm{kg\cdot m^{-3}}$ est plongée dans un liquide de masse volumique

$\mu_e=1,0\cdot 10^3~\mathrm{kg\cdot m^{-3}}$

Il subit son poids avec $g=10~\mathrm{m\cdot s^{-2}}$ et la poussée d’Archimède égale à l’opposé du poids du volume de liquide déplacé.

a. Calculer la masse $m$ de la bille.

b. Calculer la masse de liquide déplacé, en supposant que la bille est totalement immergée dans le liquide.

c. En déduire que la bille a tendance à couler.

d. Calculer la norme de son accélération à l’instant où on lâche la bille, totalement immergée.

Pourquoi cette accélération variera-t-elle au cours de la descente de la bille ?

e. On retient la bille par un fil vertical. Calculer la force de tension de ce fil lorsque la bille est en équilibre.

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Corrigé des exercices sur les Lois de Newton en Terminale

Correction de l’exercice sur les actions mécaniques en terminale

a. La norme des deux forces mécaniques gravitationnelles est la même.

Les directions sont les mêmes mais les sens opposés.

Les deux vecteurs sont donc opposés, leur somme est donc nulle.

b. La force gravitationnelle est inversement proportionnelle au carré de la distance entre le centre de l’étoile et le point.

On a $BJ < BI$ donc la norme de la force $\vec{f}_{B\rightarrow M}$ augmente car $BM$ diminue quand $M$ passe de $I$ à $J$

On a $AJ > AI$ donc la norme de la force $\vec{f}_{A\rightarrow M}$ diminue car $AM$ augmente quand $M$ passe de $I$ à $J$

La norme de la force attractive subie par $M$ de la part de $B$ devient donc supérieure à celle subie par $M$ de la part de $A$ . La somme des forces sera donc dirigée vers $B$ , et $M$ s’éloignera encore plus de $I$ .

c. $K$ est sur la médiatrice de $[AB]$

Lorsque $M$ est en $K$ , il est donc à égale distance de $A$ et de $B$ , donc les normes des deux forces gravitationnelles sont égales. Mais les deux forces ne sont pas opposées car elles n’ont pas tout-à-fait la même direction. Leurs composantes sur l’axe $[AIB]$ sont opposées mais celles sur l’axe $[IK]$ sont de même signe. La somme des forces est donc dirigée de $K$ vers $I$ et $M$ se rapproche de $I$ .

Correction exercice Composantes vecteur force

a. Par lecture directe sur le schéma, en utilisant la méthode du cours pour $\vec{F}$ , on a

$\vec{T}=\left(\begin{array}{c} -T \\ 0 \end{array}\right)$

$\vec{N}=\left(\begin{array}{c} 0 \\ N \end{array}\right)$

$\vec{P}=\left(\begin{array}{c} 0 \\ -mg \end{array}\right)$

$\vec{F}=\left(\begin{array}{c} F\cos\alpha \\ F\sin\alpha \end{array}\right)$

b. On a

$\vec{T}+\vec{N}+\vec{P}+\vec{F}=\vec{0}$

donc $\left\{\begin{array}{l} -T+0+0+F\cos\alpha=0 \\ 0+N-mg+F\sin\alpha=0 \end{array}\right.$

donc $\left\{\begin{array}{l} T=F\cos\alpha \\ N=mg-F\sin\alpha \end{array}\right.$

c. La relation s’écrit

$T\geq 0,4N$

soit $F\cos\alpha\geq 0,4mg-0,4F\sin\alpha$

$F\left[\cos\alpha+0,4\sin\alpha\right]\geq 0,4mg$

$F\geq\displaystyle{\frac{0,4mg}{\cos\alpha+0,4\sin\alpha}}$

d. Cette force minimale est proportionnelle à $m$ , donc ceci confirme que plus une pierre est lourde, plus il est difficile de la faire glisser.

Correction exercice sur la poussée d’Archimède

a. $m=\mu V=3,0\cdot 10^3\times 10\cdot 10^{-6}=0,030~\mathrm{kg}$

b. $m_e=\mu_e V=1,0\cdot 10^3\times 10\cdot 10^{-6}=0,010~\mathrm{kg}$

c. Le poids dirigé vers le bas a pour norme

$P=mg=0,30~\mathrm{N}$

La poussée d’Archimède dirigée vers le haut a pour norme

$A=m_eg=0,10~\mathrm{N}$

La deuxième loi de Newton appliquée à la bille dans le référentiel terrestre galiléen s’écrit

$\vec{P}+\vec{A}=m\vec{a}$

donc l’accélération de la bille est dirigée vers le bas, la bille coule.

d. $\vec{a}=\displaystyle{\frac{-P\vec{k}+A\vec{k}}{m}}$

donc $a=-6,7~\mathrm{m\cdot s^{-2}}$

Cette accélération varie car lorsque la bille bouge, elle subit une force de frottement.

e. On ajoute une force de tension dirigée vers le haut

$\vec{F}=F\vec{k}$

À l’équilibre de la bille

$\vec{P}+\vec{A}+\vec{F}=\vec{0}$

soit $-P\vec{k}+A\vec{k}+F\vec{k}=\vec{0}$

donc $F=P-A=0,20~\mathrm{N}$

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En effet, comme vous pouvez le voir sur notre simulateur du bac, cette matière a un fort coefficient au bac. Vous devez donc la maîtriser parfaitement pour être entièrement satisfait au moment des résultats du bac.

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QCM Composantes d’un vecteur force en Terminale

Correction du QCM sur Composantes d’un vecteur force

QCM sur les Lois de Newton en Terminale

Correction du QCM sur les Lois de Newton

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Correction exercice Composantes vecteur force

Correction exercice sur la poussée d’Archimède

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