Correction du devoir n°1 de sciences physiques 3e (mécanique)

Correction du devoir n°1 de sciences physiques 3e (mécanique)
C A R Co
Exercice 1 : La gravitation gouverne tout l'Univers ! (5 points)
1- Le Soleil est une étoile.
1
2- a) Le Soleil exerce une attraction gravitationnelle sur toutes les planètes du système 1
solaire.
2- b) La conséquence de l'attraction gravitationnelle exercée par le Soleil, est que les planètes
1
du système solaire tournent autour du Soleil selon des trajectoires quasi circulaires.
3- a) Le trou noir exerce une attraction gravitationnelle sur le Soleil.
1
3-b) Le Soleil doit donc tourner autour du trou noir, comme le font les planètes autour du
soleil.
1
Exercice 2 : Tintin objectif Lune ! (8 points)
1-1) Lorsqu'il parle d'attraction lunaire, le professeur Baxter parle de l'attraction 1
gravitationnelle exercée par la Lune.
1-2) Lors d'un lancer de marteau, c'est la vitesse donnée au marteau par le lanceur combinée à
l'attraction qu'il exerce sur son marteau qui le fait tourner autour de lui. De même c'est la
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combinaison de la vitesse acquise à l'aide de ses moteurs et l'attraction gravitationnelle
exercée par la Lune qui fera tourner la fusée autour de la Lune.
2-1) Le formule qui exprime le poids P d'un objet est : P = m × g
P est le poids en newton (N)
m la masse de l'objet en kilogramme (kg)
g l'intensité de la pesanteur terrestre en N/kg.
2-2) Calcul du poids P1 du capitaine Haddock sur Terre sans équipement :
On a P1 = m × gT = 82 × 9,81 = 804 N
2
1
3-3) Calcul du poids P2 du capitaine Haddock avec équipement sur la Terre:
Le poids du capitaine Haddock sur Terre avec son équipement complet a pour expression :
P2 = (m + m') ×gT
m est la masse du capitaine et m' la masse de son équipement
P2 = (82 + 180) × 9,81
P2 = 2570 N
1
3-4) Calcul du poids du capitaine Haddock sur la Lune :
De la même manière, sur la Lune le poids du capitaine Haddock équipement complet vaut :
P3 = (m + m') × gL
P3 = (82 + 180) × 1,62
P3 = 424 N
1
3-5) Comparaison :
On constate donc que son poids sur la Lune avec son équipement (424 N) est presque deux
fois plus petit que son poids sans équipement sur Terre (804 N).
Le professeur a donc parfaitement raison de lui dire qu'il se sentira très à l'aise avec son
équipement une fois sur la Lune.
Exercice 3 : Le parachutiste de l'extrême ! (7 points + 2 bonus)
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1-a) Au cours de la chute libre, l'énergie potentielle du parachutiste diminue car son altitude 1
diminue.
1-b) Au cours de la chute libre, la vitesse du parachutiste augmente, donc son énergie
1
cinétique augmente également.
1-c) Lors de la chute libre, l'énergie potentielle du parachutiste se transforme en énergie
1
cinétique.
2- Relation entre l'énergie cinétique, la masse et la vitesse :
1
E C = ×m×v 2
2
EC : énergie cinétique en joule
m : masse en kilogramme
v : vitesse en mètre par seconde
3-a) Conversion de la vitesse du parachutiste :
1228
On sait que 1228 km/h =
m/s = 341 m/s
3,6
2
1
3-b) Calcul de l'énergie cinétique du parachutiste :
On sait que
1
2
E C = ×m×v
2
1
or m = 80 kg et v = 341 m/s
Donc on obtient
1
E C = ×80×341 2
2
Soit EC = 4,65×106 J
Questions bonus :
4-a) Calcul de l'énergie potentielle de pesanteur du parachutiste :
E P= P×h=m×g ×h=80×9,81×36576
1
Soit EP = 2,87×107 J
4-b) Conclusion :
L'énergie potentielle de pesanteur du parachutiste lorsqu'il saute à 36 576m est largement
supérieure à l'énergie cinétique nécessaire pour atteindre la vitesse de 1228 km/h. Le
parachutiste en s'élançant de cette hauteur aura donc suffisamment d'énergie potentielle pour
atteindre la vitesse voulue à la fin de sa chute libre.
Soin de la copie
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Rédaction de la copie et rigueur des démonstrations mathématiques
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Orthographe
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