Lois de Newton --- Introduction ---

Ce module regroupe pour l'instant 19 exercices simples sur les lois de Newton :

Mouvements sur un plan incliné : Glissade sans frottement, Glissade à vitesse constante
Problèmes à deux masses : Blocs en contact, Masses reliées par un fil tendus, Blocs superposés
Masse attachée à un ressort : QCM important avec animation
Objet dans un référentiel en mouvement : Objet suspendu dans un ascenseur, Colis dans un train, Pendule dans un train, Masse posée sur un plateau tournant

De nombreux exercices font intervenir la force de frottement entre deux solides - Ils sont identifiables car leur titre est suivi d'une étoile: *
Les réponses numériques sont demandées avec un nombre de chiffres significatifs bien précisé. Pour familiariser vos élèves avec cette notion, un exercice ("Chiffres significatifs") vous est proposé.
Dans certains exercices, des suggestions ou rappels de cours sont donnés via le lien "aide" au bas de l'énoncé.

Tension du fil d'un pendule simple

xrange -1.2,1.2 yrange -1.3,0.4 frect -0.1,0,0.1,0.05,black segment 0,0,-sin(*pi/180),-cos(*pi/180),black fcircle -sin(*pi/180),-cos(*pi/180),16,red arc 0,0,.3,.3,270-,270,black text black,,-.3,medium, dsegment 0,0,0,-0.9,black circle 0,-1,16,red arrow 0,-1,0.3,-1,10,blue text blue,0.1,-1.1,medium,V ? text black,0.1,-0.5,medium,T ?

Un pendule, constitué d'une masse suspendue par un fil de longueur , est libéré à partir d'une position faisant un angle de ° avec la verticale. ( )

Quel est le module de la vitesse de la masse lorsque le pendule passe par sa position verticale ?
=
En déduire la tension du fil au même instant :
=

Prendre et donner les réponses avec 2 chiffres significatifs.

Le colis va-t-il glisser ou non ? *

xrange 0,150 yrange 0,100 dsegment 5,5,150,5,black rect 50,6,145,80, blue arrow 5,25,50,25,12,red text red, 10,20,large, F

Un carton plein de livres, de masse kg, repose sur le sol. On note respectivement et les coefficients de frottement statique et dynamique entre le carton et le sol.
On applique sur le carton une force horizontale .

Déterminer le module de la force de frottement agissant sur le carton (arrondi au Newton près).

On suppose que dans les conditions de l'expérience, l'équilibre du cube ne peut être rompu que par glissement (le cube ne peut pas culbuter). ( )

On prendra .

Glissement avec frottement sur plan horizontal *

xrange 0,2 yrange 0,1 segment 0.05,0.7,1.6,0.7,black rect 0.05,0.71,0.25,0.91, blue segment 0.25,0.8,1.7,0.8, black circle 1.7,0.7,22, black segment 1.8,0.7,1.8,0.4, black rect 1.7,0.4,1.9,0.2, red text blue, 0.1,0.9, large, A text red, 1.8,0.35, large, B

Un bloc B de masse est suspendu par un fil de masse négligeable qui passe sur une poulie (idéale) puis est relié à un bloc A de masse , reposant sur une table horizontale.

On note et les coefficients de frottement statique et dynamique du bloc A sur la table et on prend .

L'ensemble va se mettre à glisser si est à : .

On donnera la réponse arrondie au gramme.

Sachant que , déterminer, avec 2 chiffres significatifs,

le module de l'accélération de l'ensemble :
la tension du fil :
.

Masses identiques reliées par un fil tendu - QCM 1

Un bloc B de masse est suspendu par un fil de masse négligeable qui passe sur une poulie(idéale) puis est relié à un bloc A de même masse , reposant sur une longue table horizontale.

On néglige tout frottement entre le bloc A et la table.

Tant que le bloc A n'arrive pas en contact avec la poulie, on peut en déduire que :

Masse attachée à un ressort - QCM

animate 24,1,0 xrange -0.75,0.45 yrange segment -0.1,0,0.1,,red segment 0.1,,-0.1,,red segment -0.1,,0.1,,red segment 0.1,,-0.1,,red segment -0.1,,0.1,,red segment 0.1,,-0.1,,red segment -0.1,,+0.1,,red segment 0.1,,0,,red dsegment -0.42,,0,,black arrow ,,,,8, arrow ,,,,8, arrow ,,,0.6,8, arrow 0.4,0,0.4,,8,black arrow 0.4,,0.4,0,8,black text black,0.3,,medium,L arrow -0.6,0,-0.6,,8,black arrow -0.6,,-0.6,0,8,black text black,-0.7,,medium,b fcircle 0,,14,blue frect -0.4,-0.03,0.4,0,black arrow ,10,black text black, -0.5,,medium,0 text black, -0.5,0.6,medium,z text black, -0.47,,small,e segment -0.42,,-0.38,,black segment -0.42,0.6,-0.38,0.6,black text black, -0.38,,medium,z

Un bloc de masse est attaché à un ressort de constante de raideur , et dont la longueur au repos vaut . Ce bloc oscille verticalement autour de sa position d'équilibre .

Son poids est représenté par le vecteur :

la force élastique due au ressort est représentée par le vecteur :

et la force résultante agissant sur le bloc est représentée par le vecteur :

Pour une position quelconque de la masse, repérée par son abscisse , donner en fonction de , , , et , les coordonnées suivant l'axe Oz.

du poids :
de la force élastique :

Quelle est la position d'équilibre de la masse ?

Glissade à vitesse constante - QCM *

xrange -10,100 yrange -10,100 segment 0,0,60,0,black segment 0,0,60,30, black segment 30,15,52,26,red segment 52,26,41,49,red segment 41,49,19,37,red segment 19,37,30,15,red arrow 35.7,31.8,8.8,18.4,12,blue

Un colis glisse le long d'un plan incliné à vitesse constante. On rappelle que la force totale due au plan incliné comprend la réaction, normale au plan incliné, et la force de frottement parallèle au plan incliné.

On peut en déduire que :

Glissade sans frottement - QCM

xrange 0,1 yrange 0,1 segment 0,0,0.99,0.4, black segment 0.6,0.25,0.9,0.37, red segment 0.6,0.26,0.9,0.38, red arc 0.6,0.3,0.1,0.1,225,270, red arc 0.6,0.31,0.1,0.1,225,270, red text red,0.6,0.5,small,ski arc 0,0,0.5,0.5,0,22, black ellipse 0.35,0.05,0.06,0.10, black segment 0.32,0.05,0.38,0.05, black

Lors d'une chute à ski, l'un de vos skis de masse M se détache et glisse pratiquement sans frottement vers le bas de la pente. On peut en déduire que :

Blocs en contact - QCM1

xrange 0,6 yrange 0,1 dsegment 1,0.05,6,0.05,black rect 2.5,0.06,3.5,0.6, blue rect 3.51,0.06,5,0.95, red arrow 1.2,0.3,2.45,0.3,12,black text black, 1.6,0.7,large, F text blue, 3,0.5, large, A text red, 4.2,0.8, large, B

Deux cartons pleins de livres sont en contact l'un avec l'autre et reposent sur le sol. On néglige tout frottement entre les cartons et le sol.

La masse du carton B est égale à fois la masse du carton A. Vous poussez sur le carton A avec une force horizontale .

La force résultante sur le carton B est égale à…

Cochez ci-desous votre réponse.

Objet suspendu dans un ascenseur - QCM2

Un objet décoratif de masse M est suspendu par un fil au plafond de la cabine d'un ascenseur.

L'ascenseur est en train de descendre de plus en plus vite. À cet instant, la tension du fil .
Une fois la vitesse de descente de croisière atteinte, l'accélération de l'ascenseur s'annule. À partir de cet instant, la tension du fil .
L'ascenseur est maintenant en train de monter avec une vitesse croissante. À cet instant, la tension du fil .
Une fois la vitesse de croisière atteinte, l'accélération de l'ascenseur s'annule. À partir de cet instant, la tension du fil .
Alors que l'ascenseur monte à vitesse constante, le cable qui le fait monter casse brusquement.
Durant la chute libre de l'ascenseur, la tension du fil qui suspend l'objet :

Blocs en contact - QCM2 *

Deux cartons pleins de livres sont en contact l'un avec l'autre, et reposent sur le sol.
On note le coefficient de frottement dynamique entre les cartons et le sol.
La masse du carton B est égale à fois la masse du carton A. Vous poussez sur le carton A avec une force horizontale telle que les cartons se déplacent à vitesse constante.

Le coefficient de frottement est égal à

Cochez ci-dessous votre réponse.

Blocs superposés - QCM1 *

xrange 0,200 yrange 0,100 dsegment 5,5,200,5,black rect 70,6,170,35, blue rect 80,36,160,98, red arrow 10,25,70,25,12,black text black, 23,22,large, F text blue, 115,25, large, A text red, 115,80, large, B

Deux cartons pleins de livres sont empilés l'un sur l'autre.

On note le coefficient de frottement statique entre les cartons et on néglige le frottement entre le carton du bas et le sol.

La masse du carton A est fois la masse du carton B. On pousse le carton A avec une force horizontale .

N.B. : On se place dans les conditions de frottements faibles où B ne bascule pas sur A.

Les deux cartons ne vont pas glisser l'un par rapport à l'autre si...

Cochez ci-dessous votre réponse.

Blocs superposés - QCM2 *

xrange 0,200 yrange 0,100 dsegment 5,5,200,5,black rect 50,6,150,35, blue rect 60,36,140,98, red arrow 10,50,60,50,12,black text black, 20,40,large, F text blue, 95,25, large, A text red, 95,80, large, B

Deux cartons pleins de livres sont empilés l'un sur l'autre.

On note le coefficient de frottement statique entre les cartons et on néglige le frottement entre le carton du bas et le sol. La masse du carton A est fois la masse du carton B. On pousse le carton B avec une force horizontale .

N.B. : On se place dans les conditions de frottements faibles où B ne bascule pas sur A.

Les deux cartons ne vont pas glisser l'un par rapport à l'autre si...

Cochez ci-dessous votre réponse.

Masses reliées par un fil tendu - QCM3 *

xrange 0,150 yrange 0,100 segment 5,70,100,70,black rect 10,71,70,99, blue segment 70,80,110,80, black circle 110,70,20, black segment 120,70,120,40, black rect 105,40,135,20, red text blue, 42,90, large, A text red, 118,33, large, B

Un bloc A de masse repose sur une table horizontale.
Il est lié par un fil (de masse négligeable) passant sur une poulie (idéale) à un bloc B de masse .
On note le coefficient de frottement statique entre le bloc A et la table.

On suppose que dans les conditions de l'expérience l'équilibre du système ne peut être rompu que par glissement (le cube A ne peut pas basculer).

Le système est à l'équilibre si et seulement si :

Cochez ci-dessous votre réponse.

Masses reliées par un fil tendu - QCM2

xrange 0,2 yrange 0,1 segment 0.05,0.7,1.6,0.7,black rect 0.05,0.71,0.25,0.99, blue segment 0.25,0.8,1.7,0.8, black circle 1.7,0.7,22, black segment 1.8,0.7,1.8,0.4, black rect 1.7,0.4,1.9,0.2, red text blue, 0.1,0.9, large, A text red, 1.8,0.35, large, B

Un bloc A de masse repose sur une table horizontale.
Il est lié par un fil (de masse négligeable) passant sur une poulie (idéale) à un bloc B de masse .
On néglige tout frottement entre le bloc A et la table.

Le module de l'accélération du bloc B est donné par :
La tension du fil est donnée par :

Colis dans un train *

xrange 0,200 yrange 0,100 arrow 5,10,190,10,10,black rect 10,12,130,80, blue frect 65,13,75,23, red arrow 70,35,15,35,10,black arrow 70,35,125,35,10,black text black, 60,50,small, 2L text black, 150,25,small, axe Ox text black, 5,90,small, arriere text black, 120,90,small, avant

Une valise, de masse kg, repose sur le plancher au milieu du couloir d'un wagon, de longueur , circulant horizontalement, à vitesse constante, dans la direction de l'axe Ox.

On note respectivement et les coefficients de frottement statique et dynamique entre la valise et le plancher, et on prendra . À partir de l'instant , le wagon voit sa vitesse avec une de module constant.

Pour que le bloc ne glisse pas, ne doit pas dépasser la valeur = .

On suppose en fait que .

Le bloc glisse donc du train, et butera contre une paroi verticale du wagon au bout du temps = .

Donner 2 chiffres significatifs.

Pendule dans un train

xrange 0,200 yrange 0,100 arrow 5,10,190,10,10,black rect 10,12,130,80, blue segment 70,80,70,50,black fcircle 70,45,10,red dsegment 70,40,70,10,black text black, 150,25,small, axe Ox text black, 5,90,small, arriere text black, 120,90,small, avant text blue, 75,22,small, H fcircle 70,12,4,blue

Un pendule, de masse , est suspendu au plafond, au milieu d'un wagon circulant horizontalement, à vitesse constante, dans la direction de l'axe Ox.

La hauteur du wagon est égale à , et la verticale du pendule définit le point H sur le sol du wagon.

On prendra .

À partir de l'instant , le wagon voit sa vitesse avec une de module constant .

Le pendule va donc s'incliner du train, en faisant avec la verticale un angle

Donner la réponse arrondie au degré.

Si à un instant on coupe le fil du pendule, ce dernier viendra toucher le sol du wagon à une distance du point .

Donner la réponse en , avec 2 chiffres significatifs. ( )

Masse posée sur un plateau tournant *

xrange 0,180 yrange 0,180 circle 80,90,120,blue 80,90,137,147,10, 80,90, 24,147,10, 80,90,160, 90,10, 80,90, 80,170,10, text , 20,160, small, R' text , 90,170, small, R text black, 75, 85, small, O arc 80,90,140,140,280,315,blue segment 130,40,120,40,blue segment 128,40,128,33,blue text blue,110,30,small, rotation > text blue,100,20,small, du disque fcircle 108,118,10, red text red, 110,110,smal,m text black, 95,105,small,L

Un bloc de masse repose sur un disque horizontal, tournant dans le sens direct à une vitesse angulaire constante.
Le bloc ne glisse pas par rapport au disque, et se trouve à une distance du centre de rotation .
On note la force de frottement exercée par le disque sur le bloc, le coefficient de frottement statique entre le bloc et le disque et on se place .

On peut en déduire que :

Cochez TOUTES les reponses exactes.

Chiffres significatifs

Arrondir un résultat numérique en ne gardant qu'un nombre de chiffres significatifs imposés. ( )

Écrire le nombre :
avec : , puis
avec chiffres significatifs :
Écrire le nombre :
avec : , puis
avec chiffres significatifs :
Écrire le nombre :
avec : , puis
avec chiffres significatifs :
Écrire le nombre :
avec : , puis
avec chiffres significatifs :

Passager au démarrage du métro *

Un homme tombe à la renverse lors du départ du métro.

En se plaçant dans le référentiel , laquelle de ces trois descriptions représente correctement les forces horizontales agissant sur le passager ?

Précisez la nature des forces représentées :

La force est
La force est

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