Principe d'inertie

Exercice 1 : Questions de cours (5 points)

Pour chaque question, choisir la seule bonne réponse et l'indiquer sur votre copie. Aucune justification n'est demandée.

Barème : 1 point par bonne réponse.

Question 1

Selon le principe d'inertie, si les forces qui s'exercent sur un système se compensent, alors :

a) Le système est forcément immobile.

b) Le système est en mouvement rectiligne accéléré.

c) Le système est soit immobile, soit en mouvement rectiligne uniforme.

d) Le système peut avoir n'importe quel type de mouvement.

Question 2

Un palet de hockey glisse en mouvement rectiligne uniforme sur la glace. On peut en déduire que les forces qui s'exercent sur lui :

a) Sont nulles.

b) Ne se compensent pas.

c) Se compensent.

d) Sont toutes motrices.

Question 3

La trajectoire d'un ballon de basket lancé vers le panier est une courbe. Le mouvement n'est ni rectiligne, ni uniforme. On peut en déduire que :

a) Les forces qui s'exercent sur le ballon se compensent.

b) Le ballon n'est soumis à aucune force.

c) Le vecteur vitesse du ballon est constant.

d) Les forces qui s'exercent sur le ballon ne se compensent pas.

Question 4

Un objet est en chute libre lorsqu'il n'est soumis qu'à une seule force :

a) La réaction du support.

b) Les frottements de l'air.

c) Son poids.

d) La force de la main qui l'a lancé.

Question 5

Le vecteur vitesse d'un objet en mouvement est constant. Cela signifie que :

a) Seule sa valeur (la vitesse) ne change pas.

b) Seule sa direction ne change pas.

c) Sa valeur, sa direction et son sens ne changent pas.

d) L'objet est immobile.

Exercice 2 : Le palet sur la glace (7 points)

Un joueur de curling lance un palet en pierre de masse $m = 20 \text{ kg}$ sur une piste de glace horizontale. On modélise le palet par un point matériel G, son centre d'inertie.

Partie 1 : Mouvement sans frottements

On suppose dans un premier temps que les frottements de la glace et de l'air sont négligeables. Une fois lancé, le palet glisse en mouvement rectiligne uniforme.

1. Faire le bilan des forces qui s'exercent sur le palet une fois qu'il a été lancé. (1 point)

2. Représenter ces forces sur un schéma, sans souci d'échelle mais en respectant leurs directions et leurs sens. (2 points)

3. En utilisant la réciproque du principe d'inertie, que peut-on dire de la somme de ces forces ? Justifier. (2 points)

Partie 2 : Mouvement avec frottements

En réalité, le palet ralentit progressivement jusqu'à s'arrêter. Son mouvement est donc rectiligne ralenti.

4. En utilisant la contraposée du principe d'inertie, que peut-on déduire au sujet des forces qui s'exercent sur le palet dans cette situation réelle ? Justifier votre raisonnement. (2 points)

Exercice 3 : Étude d'une chute libre (8 points)

On lâche une bille en acier sans vitesse initiale. On étudie son mouvement de chute verticale dans le référentiel terrestre. On négligera les frottements de l'air. La position de son centre d'inertie G est enregistrée à intervalles de temps réguliers $\Delta t = 40 \text{ ms}$.

Le document ci-dessous représente la chronophotographie du mouvement (les positions successives de G).

  G₀ •

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  G₁ •

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  G₂ •

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  G₃ •

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      |

  G₄ •

Questions

1. Décrire la nature du mouvement de la bille en justifiant à partir du document. (1,5 points)

2. Le vecteur vitesse $\vec{v}$ de la bille est-il constant au cours du mouvement ? Justifier. (1 point)

3. En appliquant la contraposée du principe d'inertie, que pouvez-vous en déduire concernant les forces s'exerçant sur la bille ? (1,5 points)

4. La bille est en chute libre.

a) Quelle est la seule force qui s'exerce sur elle ? (0,5 point)

b) Donner les caractéristiques de cette force (direction, sens) et la représenter au point G₂. (1,5 points)

5. Le vecteur vitesse au point $G_i$ est approché par le vecteur $\vec{v_i}$ ayant pour valeur $v_i = \frac{G_{i-1}G_{i+1}}{2 \Delta t}$.

On mesure les distances : $G_0G_2 = 3,2 \text{ cm}$ et $G_2G_4 = 9,6 \text{ cm}$.

Calculer les valeurs des vitesses $v_1$ (au point G₁) et $v_3$ (au point G₃) en m/s. (2 points)