Forces et mouvement : quelles sont les effets des forces ?

Forces et mouvement : quelles sont les effets des forces ?
Rappel de vocabulaire :
On parle de mouvement rectiligne lorsque la trajectoire d’un objet en mouvement est une droite.
On dit que le mouvement est uniforme si ça vitesse est constante.
On dit que le mouvement est accéléré si sa vitesse augmente et décéléré si sa vitesse diminue.
I. Lancé de Javelot :
Document 1 :
Le document 1 schématise différents instants du mouvement d’un javelot au cours de son lancé.
Représenter les forces qui agissent sur le javelot à chaque instant en précisant leur nom ( Fauteurreceveur )
Document 2 : trois savants à travers l’histoire présentent une explication du mouvement :
Théorie de Jean Philipon (VIème s. après JC) : « L’air ne peut que retarder le mouvement et non
l’entretenir. Le lanceur communique au javelot une force motrice appelée impetus. L’impetus entretient
le mouvement du javelot mais une fois qu’il est épuisé, le javelot retombe sur la Terre ».
Théorie de Galilée (XVIIème s.): « Le mouvement du javelot est le fait de lui avoir communiqué une vitesse
lors du lancé. L’action de la Terre sur le javelot explique sa chute vers la Terre. »
1. Quelle est la bonne théorie ?
2. Quelle est la confusion de Philipon ?
3. Quelle est l’effet de la force exercée par le lanceur ?
4. Expliquer pourquoi le javelot ne tombe pas verticalement après avoir quitté la main du lanceur ?
II. Le curling :
Document 3 : Le curling : http://www.youtube.com/watch?v=qxmrH20IA2Q&NR=1
Le but du curling est de faire glisser, sur la glace, des pierres de granite (le palet) d’une masse de 20kg,
et de les placer le plus près possible de la cible destinée sur la glace, appelé « maison ». Les balayeurs
tentent de diminuer au maximum les frottements entre la glace et la pierre.
1. Quel est le rôle du lanceur ?
2. Quelle est la trajectoire du palet ?
3. Modéliser les forces qui s’exercent sur le palet au cours de son mouvement, juste avant qu’il ne
s’arrête.
Document 4 : Expérience sur la table à coussin d’air
Le mouvement de la pierre de curling sur la glace peut-être modélisé par le mouvement d’un palet
autoporteur à coussin d’air sur une table horizontale. Un générateur d’impulsions électriques permet de
marquer à intervalles de temps régulier la position du palet.
Après avoir intercaler une feuille A4 parfaitement lisse entre le palet et la feuille de carbone posée sur la
table horizontale, lancer le palet en appuyant simultanément sur le bouton « impulsion » pour réaliser
le marquage (obtenu au verso de la feuille A4). Veiller à retenir le palet avant qu’il ne rebondisse sur le
bord de la table.
4. Exploitation de l’enregistrement : à réaliser sur l’enregistrement
Décrire le mouvement du palet (2 informations (adjectifs) attendues).
5. Dessiner les forces qui agissent sur le palet en
mouvement en précisant leur nom
Fauteurreceveur
Quelle différence y-a-t-il avec le mouvement
du palet de curling ?
G
6. Newton généralise le phénomène observé à toute situation similaire ; il énonce alors la première loi
de la physique classique également appelé principe de l’inertie.
Encadrer parmi les trois propositions suivantes celle qui correspond à cette loi et la recopier en
rouge sur le compte rendu :
- Deux forces qui se compensent ont la même direction, la même droite d’action, des sens opposés
et des valeurs égales.
- Tout objet qui n’est soumis à aucune force ou à des forces qui se compensent reste dans son état
de repos ou de mouvement rectiligne uniforme.
Réciproquement : tout objet en mouvement rectiligne uniforme ou au repos n’est soumis à
aucune force ou a des forces qui se compensent.
- Lorsque les forces s’exerçant sur un mobile ne se compensent pas, ce dernier ne peut être au
repos et décrit un mouvement curviligne ou un mouvement rectiligne non uniforme.
7. Quel serait le mouvement du palet sur la table à coussin d’air si on imaginait toutes les forces de
frottements nulles (en considérant une piste infiniment longue) ?
III. Le base jump
Le BASE Jump est une discipline du parachutisme, qui consiste à sauter depuis des objets fixes comme
du haut de falaises :
Document 6 : http://www.youtube.com/watch?v=AMRebnmq6CU
Un parachutiste saute du haut
d’une falaise. Dans tout le
problème on supposera sa chute
verticale. Avec son équipement,
sa masse est de 100 kg (on
prendra g=10 N.kg-1). Le
document ci-contre donne sa
vitesse au cours de la chute en
fonction du temps.
80
v (m/s)
70
60
50
40
30
20
Document 7 :
10
t (s)
0
0
10
20
30
1. Indiquer sur le graphique la date tp à laquelle le parachute s’ouvre.
2. On parle de chute libre lorsque le parachutiste n’est soumis qu’à son poids et
que les frottements sont encore négligeables. La vitesse évolue alors
proportionnellement à la durée de chute.
Jusqu’à quelle date appelée t1 peut-on considérer la chute comme libre ?
Représenter sur le schéma du document la force qui agit sur le parachutiste.
40
50
3. A partir de t1, on ne peut plus négliger l’action de l’air sur le parachutiste. Il en
résulte que la vitesse augmente de moins en moins vite entre les dates t 1 et tp.
a. Définir la direction et le sens de la force de frottement f qui modélise
l’action de l’air sur le parachutiste.
b. On rappelle que la vitesse augmente toujours durant cette phase. Laquelle
des deux forces agissant sur le parachutiste (poids et frottement de l’air) a
la plus grande intensité ?
c. Représenter sur le schéma les deux forces qui agissent sur le parachutiste
(tenir compte des réponses aux questions a. et b. pour la représentation).
4. Ouverture du parachute :
a. Quel est l’effet du parachute sur la ou les forces agissant sur le
parachutiste ?
b. Comment évolue la vitesse après l’ouverture du parachute ? Expliquer
cette évolution.
f
c. Représenter sur le schéma les deux forces qui agissent sur le parachutiste.
5. Décrire le mouvement du parachutiste à partir de t=38s.
En déduire en justifiant la relation entre le poids et les frottements qui agissent
sur le parachutiste.
Représenter sur le schéma les deux forces qui agissent sur le parachutiste.
f
6. Avec quelle vitesse le parachutiste atteint-il le sol ?
Document : schémas
a.
b.
c.
f
P
P
d.
f
f
f
f