Cours en ligne physique chimie en Première

Chapitres physique-chimie en Première

Exercices corrigés théorème de l’énergie cinétique en 1ère

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Résumé de cours Exercices et corrigés

Cours en ligne de physique-chimie en Première

Ces exercices corrigés en 1ère pour la spécialité physique chimie sur le théorème de l’énergie cinétique pourront vous aider à mieux comprendre les notions de travail d’une force constante sur un déplacement rectiligne et l’énergie cinétique. Vous pourrez mieux appréhender la force d’une force du frottement, loi de Coulumb et l’altitude maximale. Si vous avez des difficultés ou souhaitez exceller, nous proposons des professeurs particuliers de physique chimie pour les élèves de première sur notre plateforme.

Vous pouvez consulter d’autres exercices et corrigés de physique chimie en première sur notre site : exercices sur l’évolution d’un système chimique, exercices sur le dosage colorimétrique ou encore les exercices corrigés sur la structure des espèces chimiques, etc.

QCM sur le théorème de l’énergie cinétique en 1ere

Question 1 :

Le travail d’une force $\vec{F}$ constante perpendiculaire à un déplacement $\vec{AB}$ rectiligne vaut

a. $F\cdot AB$

b. $F+AB$

c. $F-AB$

d. $0$

Question 2 :

Une force $\vec{F}$ fait avec le déplacement $\vec{AB}$ un angle $\alpha=100^{\circ}$

Le travail de cette force est

a. strictement négatif

b. nul

c. strictement positif

d. de signe impossible à affirmer par manque de données

Question 3 :

Un objet de masse $m$ subit une force unique et constante $\vec{f}$ le long d’un déplacement rectiligne de $A$ à $B$ avec

* $AB=D$

* l’angle entre $\vec{f}$ et $\vec{AB}$ vaut $\alpha$ compris entre 0 et 90 degrés.

La vitesse de l’objet en $A$ vaut $v_A=v_0$

Sa vitesse en $B$ vaut

a. $v_B=v_0$ car le poids n’intervient pas

b. $v_B=v_0+fD\sin\alpha$

c. $v_B=v_0+fD\cos\alpha$

d. $v_B=v_0+\sqrt{\dfrac{2fD\cos\alpha}{m}}$

e. $v_B=\sqrt{v_0^2+\dfrac{2fD\cos\alpha}{m}}$

Corrigé du QCM de 1ère sur le théorème de l’énergie cinétique

Question 1 :

Le travail est égal au produit scalaire

$W_{AB}(\vec{F})=\vec{F}\cdot\vec{AB}$

Il est donc nul car les vecteurs sont perpendiculaires.

Question 2 :

Le travail est égal au produit scalaire

$W_{AB}(\vec{F})=\vec{F}\cdot\vec{AB}$ soit

$W_{AB}(\vec{F})=\|\vec{F}\|\cdot\|\vec{AB}\|\cdot\cos\alpha$

Or le cosinus d’un angle obtus, compris entre 90 et 180 degrés, est strictement négatif et les normes sont strictement positives, donc le travail est strictement négatif.

Question 3 :

Par application du théorème de l’énergie cinétique

$\frac12mv_B^2-\frac12mv_0^2=fD\cos\alpha$

d’où l’expression de la formule (e).

Attention à la simplification piège de la proposition (d), la racine carrée de la somme n’est pas égale à la somme des racines carrées !

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Exercices sur le théorème de l’énergie cinétique en 1ère

Exercice sur le travail d’une force de frottement, loi de Coulomb

On veut expliquer pourquoi il est plus fatiguant de déplacer une armoire qu’un tapis de même surface au sol.

La force de frottement que subit un objet de masse $m$ quand on le fait glisser sur le sol horizontal a pour norme

$F=\mu mg$ (loi de Coulomb)

où $\mu$ est le coefficient de frottement entre l’objet et le sol.

$\mu$ est très grand pour le caoutchouc ( $\mu\simeq 3$ ), moins grand pour le bois ( $\mu\simeq 0,5$ ), et petit pour les tissus ( $\mu\simeq0,1$ )

Un objet de masse $m$ est glissé sur une distance $D$ sur le sol horizontal.

a. Donner l’expression du travail de la force de frottement sur le déplacement, en fonction de $\mu$ , $m$ , $g$ et $D$

b. En estimant les ordres de grandeur des différents paramètres, donner une valeur approximative du travail de la force de frottement quand on glisse une armoire, dont les pieds sont en bois, sur une dizaine de mètres.

c. Faire de même pour un tapis.

d. Conclure.

Exercice sur l’altitude maximale en première

On lance verticalement vers le haut une pierre de masse $m$ depuis l’altitude $y_0=h$

On note $\vec{g}=-g\vec{j}$ le champ de pesanteur, où $\vec{j}$ est un vecteur unitaire vertical dirigé vers le haut.

La vitesse initiale de la pierre, quand elle quitte la main du lanceur, vaut

$\vec{v}_0=v_0\vec{k}$

a. On néglige tout frottement. Déterminer la hauteur maximale $y_1=H$ à laquelle la pierre monte, en fonction de $g$ , $h$ et $v_0$

b. Si on prend en compte la force de frottement de l’air, opposée en sens et en direction au vecteur vitesse, la pierre montera-t-elle plus haut ou moins haut que $H$ ? Justifier soigneusement la réponse.

c. On néglige à nouveau tout frottement. Quelle est la vitesse $v_2$ de la pierre lorsqu’après avoir atteint son point culminant, elle repasse par l’altitude $y_0=h$ en retombant ?

d. Toujours en négligeant les frottements, quelle est sa vitesse $v_3$ juste avant qu’elle ne touche le sol ?

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Corrigés des exercices sur le théorème de l’énergie cinétique en 1ere

Corrigé de l’exercice sur le travail d’une force de frottement, loi de Coulomb

a. En utilisant la formule du cours

$W_{AB}(\vec{F})=-\mu mgD$

b. On estime $m\simeq 100~\mathrm{kg}$ et $g\simeq 10~\mathrm{N\cdot kg^{-1}}$

En prenant $\mu=0,5$ pour le bois comme indiqué dans l’énoncé, on a

$W_a\simeq -5~\mathrm{kJ}$

c. Pour un tapis en tissu, $\mu=0,1$ et on estime $m\simeq 5~\mathrm{kg}$ donc

$W_t=-50~\mathrm{J}$

d. Le travail qu’il faut fournir pour le déplacement est au moins égal à l’opposé du travail de la force de frottement, déplacer l’armoire est donc environ 100 fois plus fatiguant que le tapis.

Corrigé sur l’altitude maximale en première

a. Au point d’altitude maximale, la vitesse s’annule, donc $v_1=0$

En appliquant le théorème de l’énergie cinétique entre le point 0 et le point 1

$\dfrac12mv_1^2-\dfrac12mv_0^2=mg(y_0-y_1)$

soit $0-\dfrac12mv_0^2=mg(h-H)$

donc $H=h+\dfrac{v_0^2}{2g}$

b. La force étant opposée au vecteur vitesse, elle est aussi opposée au vecteur déplacement.

Si on considère un tout petit déplacement $\vec{PQ}$ pendant la phase de montée rectiligne verticale, de telle sorte que la force de frottement soit presque constante pendant ce petit déplacement, son travail

$W(\vec{F})=\vec{F}\cdot \vec{PQ} < 0$

en faisant de même sur tous les petits déplacements qui décomposent la montée complète, la somme des petits travaux, tous strictement négatifs, est strictement négative

$W_{01}(\vec{F}) < 0$