DEVOIR DE SCIENCES PHYSIQUES

DEVOIR DE SCIENCES PHYSIQUES

I- Un skieur et son équipement, de masse m = 80 kg, remonte avec un téléski
une pente rectiligne, inclinée d'un angle ? = 20° par rapport à
l'horizontale.
Les skis glissent sans frottement sur la neige.
Le téléski tire le skieur et son équipement à vitesse constante sur une
distance AB = L = 1500m.
1. Faire l'inventaire des forces qui s'appliquent au système étudiée
{skieur et équipement}.
2. Représenter ces forces sur un schéma.


II- Un objet S de masse m = 55,0 kg est suspendu par deux câbles fixés sur
un anneau.
Les câbles sont fixés en deux points A et B situés sur la même horizontale.

L'angle que fait la verticale de l'anneau avec chacun des deux câbles a
pour mesure ? = 70,0°.






1. Quelles sont les forces exercées sur le système {objet S + anneau} ?
2. Dresser le tableau des caractéristiques de ces forces.
3. Quelle relation existe-t-il entre ces vecteurs forces ?


III- Un solide de masse m = 5,00 kg glisse sans frottement sur un plan
incliné d'angle ? = 15,0° par rapport à l'horizontale.
Il est entraîné à vitesse constante par un câble faisant un angle ? = 20,0°
avec le plan incliné.
1. Faire le bilan des forces appliquées au solide.
2. Dresser le tableau des caractéristiques de ces forces.
3. Déterminer la tension du fil de traction.
4. Déterminer la réaction du plan incliné.

I- Un skieur et son équipement, de masse m = 80 kg, remonte une pente
rectiligne, inclinée d'un angle ? = 20°, grace à un téléski.
La force de frottement [pic]exercée par la neige sur les skis a la même
direction que la vitesse, et son sens est opposé au mouvement. Sa valeur
est f = 30N.
Le téléski tire le skieur et son équipement à vitesse constante sur une
distance AB = L = 1500m.

Faire l'inventaire des forces qui s'appliquent au système {skieur et
équipement} et les représenter sur un schéma.

II- Un objet S de masse m = 55,0 kg est suspendu par deux câbles fixés sur
un anneau. Les câbles sont fixés en deux points A et B situés sur la même
horizontale. L'angle que fait la verticale de l'anneau avec chacun des deux
câbles a pour mesure ? = 70,0°.
1. Quelles sont les forces exercées sur le système {objet S + anneau}?
2. Dresser le tableau des caractéristiques de ces forces
3. Quelle relation existe-t-il entre ces vecteurs forces ?



III- Un solide de masse m = 5,00 kg glisse sans frottement sur un plan
incliné d'angle ? = 15,0° par rapport à l'horizontale. Il est entraîné à
vitesse constante par un câble faisant un angle ? = 20,0° avec la ligne de
plus grande pente du plan incliné.
1. Faire le bilan des forces appliquées au solide.
2. Dresser le tableau des caractéristiques de ces forces
3. Déterminer la tension du fil de traction.
4. Déterminer la réaction du plan incliné.

Correction du DEVOIR DE SCIENCES PHYSIQUES





Correction Exercice II : solide suspendu

1. On étudie le système {objet S + anneau} dans le référentiel terrestre
(supposé galiléen). Ce système est soumis à 3 forces extérieures :
Son poids [pic]: Force répartie à distance. Direction: verticale. Sens:
vers le bas.
Point d'application : centre d'inertie du système.
La tension du câble de gauche [pic]: Force localisée de contact.
Direction: oblique. Sens: vers le haut à gauche.
Point d'application: l'anneau.
La tension du câble de droite [pic]: Force localisée de contact.
Direction: oblique. Sens: vers le
haut à droite. Point d'application: l'anneau.
2. Le système est en équilibre. D'après la première loi de Newton : [pic]+
[pic]1 + [pic]2 = [pic].
3. On projette cette relation dans un repère associé au référentiel
terrestre (voir schéma)
Projection sur ox
- T1 sin ( + T2 sin ( = 0 d'où T1 sin ( = T2 sin ( soit
T1 = T2
On pose : T1= T2= T.
Projection sur oy:
T1 cos ( + T2 cos ( - P = 0 or T1 = T2 = T, d'où :
2.T cos ( = mg
soit T =
A.N. : T = T = 789N

On en déduit T1 = T2 = 789N.


Correction Exercice III : mouvement sur un plan incliné

1. On étudie le système {solide} dans le référentiel terrestre (supposé
galiléen).
Le système est soumis à 3 forces extérieures:
Son poids [pic]: Force répartie à distance. Direction: verticale.
Sens: vers le bas. Point d'application : centre d'inertie du
système.
La réaction normale du plan incliné [pic]: Force répartie de contact.
Direction: perpendiculaire au plan incliné. Sens: vers
le haut. Point d'application : centre de la surface de contact.
La tension du câble [pic]: Force localisée de contact. Direction: oblique.
Sens: vers le haut. Point d'application : point
d'attache du câble.
Le système possède un mouvement rectiligne uniforme. Le vecteur vitesse de
son centre d'inertie est donc constant. D'après le principe
d'inertie: [pic].
Soit le repère (voir schéma) associé au référentiel terrestre.
Projection sur ox:
- P sin ( + T cos ( = 0
Projection sur oy:
- P cos ( + R + T sin ( = 0
La première équation permet de déterminer la tension du câble :
T = T = T = 13,5 N.
La projection sur Oy permet de déterminer la réaction du plan incliné :
R = m g cos ( - T sin ( R = 5,00 x 9,81 x cos(15,0) - 13,5 x sin(20,0)
R = 42,7 N

Exercice 4
Un mobile autoporteur A de masse mA=650g et relié par un fil inextensible
à un solide B de masse mB=200g (montage ci-dessous).
[pic]
1. La soufflerie du moteur est arrêtée et le mobile A est immobile.
a. Déterminer la force exercée par le fil sur le solide B.
b. Sachant que les forces exercées par le fil sur les solides A et B ont
même valeur, déterminer la valeur de la force de frottement exercée par le
table sur le mobile A.





Correction Exercice 4:

1. a. On étudie le système {B} dans le référentiel terrestre (galiléen par
approximation). {B} est soumis à deux forces de la part du milieu
extérieur:
. Son poids [pic]:
o Force répartie à distance.
o Direction: verticale.
o Sens: vers le bas.
o Point d'application: centre d'inertie du système.
. La tension du fil [pic]1:
o Force localisée de contact.
o Direction: verticale.
o Sens: vers le haut.
o Point d'application: point d'attache du fil.
Le système est en équilibre. D'après la première loi de Newton: [pic]+
[pic]1 = [pic]. On projette cette relation dans un repère associé au
référentiel terrestre (voir schéma).
Projection sur oy:

|-P + T1 = 0 | =>|T1 = P |
| | | |
| | =>|T1 = mB.g |
| | | |
| | =>|T1 = 200.10-3 x |
| | |9,81 |
| | =>|T1 = 1,96N |
| | | |


b. On étudie maintenant le système {A} dans le référentiel terrestre. {A}
est soumis à quatre forces:
. Son poids [pic]:
o Force répartie à distance.
o Direction: verticale.
o Sens: vers le bas.
o Point d'application: centre d'inertie du système.
. La réaction normale du support [pic]:
o Force répartie de contact.
o Direction: verticale.
o Sens: vers le haut.
o Point d'application: centre de la surface de contact.
. La force de frottement [pic]:
o Force répartie de contact.
o Direction: horizontale.
o Sens: vers la gauche.
o Point d'application: centre de la surface de contact.
. La tension du fil [pic]2:
o Force localisée de contact.
o Direction: horizontale.
o Sens: vers la droite.
o Point d'application: point d'attache du fil.
Le système est en équilibre. D'après la première loi de Newton: [pic]+
[pic]+ [pic]+ [pic]2 = [pic]. On projette cette relation dans un repère
associé au référentiel terrestre (voir schéma).
Projection sur ox:

|-f + T2 = 0 | =>|f = |
| | |T2 |


Or T1=T2 car les forces exercées par le fil sur les solides A et B ont
même valeur, d'où:

|f = T1 | =>|f = |
| | |1,96N |


2. a. Lorsque l'ensemble est en mouvement, le solide B est toujours soumis
à son poids [pic]et à la tension du fil [pic]1. Il n'est donc pas en chute
libre car un objet en chute libre est un objet soumis uniquement à son
poids.
b. Lorsque le mobile A se met en mouvement, B est animé d'un mouvement
vertical non uniforme vers le bas. Le principe d'inertie ne peut donc
s'appliquer et [pic]+ [pic]1 [pic][pic]. On en déduit donc que P [pic]T1.





Exercice 1

Une grue met 18s pour soulever une charge de masse m=500kg sur une
hauteur h=20m. La charge est animée d'un mouvement rectiligne uniforme.
1. Déterminer la valeur de la tension du câble qui soulève la charge.
2. Déterminer le travail de la tension du câble lors de ce déplacement.
3. Déterminer la puissance de cette force.


Exercice 2

On utilise un tapis roulant pour charger du minerai dans un wagon. La
longueur de la partie utile du tapis, incliné d'un angle ?=30° par
rapport à l'horizontale, est L=20,0m.
1. Dresser le bilan des forces qui s'exercent sur un bloc de minerai de
masse m=5,0kg, animé d'un mouvement de translation rectiligne uniforme, et
les représenter sur un schéma.
2. La force de frottement [pic], exercée par le tapis sur le bloc de
minerai, est constante et parallèle au tapis. Déterminer sa valeur.
3. Déterminer le travail de cette force depuis le bas du tapis jusqu'en
haut.
4. Déterminer la puissance des forces de frottement exercées par le tapis
sur le minerai si la "vitesse de chargement" du wagon est 2,5 tonnes par
minute.

Exercice 1

Une bille masse m=15,0g est en chute libre sans vitesse initiale. Elle a
été lâchée d'un balcon au 6ème étage situé à une hauteur h=18,0m.
1. Représenter les forces s'exerçan