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La première loi

de Newton

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PHYSIQUE

CHAPITRE

4 CHAPITRE 4LA PREMIÈRE LOI DE NEWTON EXERCICES139

4.1Le concept de force

1.Quelle est l"orientation de la force qui s"exerce sur les objets suivants?

a)Une balle lancée en l"air ralentit, s"arrête, puis repart en sens inverse. La balle subit laction dune force ayant la même direction que son mouvement, mais de sens inverse. b)Une rondelle de hockey glissant sur une patinoire change brusquement d"orientation.

La rondelle subit laction dune force ayant une direction autre que celle de son déplacement.

c)Un œuf se casse en deux.

Lœuf subit laction dune force qui agit en un point de sa surface, mais pas ailleurs. Il subit alors

une rupture.

2.Une voiture se déplace dans le même sens que l"axe des x. Sa vitesse décroît régulièrement.

a)Laquelle des affirmations suivantes décrit correctement ce mouvement?A. L"accélération de la voiture est positive.B. La force appliquée sur la voiture diminue.C. La force appliquée sur la voiture augmente.D. L"accélération de la voiture est négative.

b)Représentez le déplacement de cette voiture sur un axe des x. Ajoutez un vecteur vitesse et un vecteur accélération.

Exercices

a v x

SECTION 4.1

Ex. 1245

Ex. 3

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140PARTIE II?LA DYNAMIQUE ?EXERCICES

4.2La loi de linertie

1.Si l"on double la masse d"un objet, quel sera l"effet sur son inertie?

Linertie de cet objet doublera.

2.Deux livres sont posés sur une table. La masse de l"un est de 0,5 kg, celle de l"autre est de 1,5 kg.

a)Quel est le rapport entre les masses de ces deux livres?

Un sur trois.

b)Quel est le rapport entre les inerties de ces deux livres?

Un sur trois.

3.Marilou pousse un panier d"épicerie à vitesse constante dans l"allée d"un supermarché.a)Comment Aristote expliquerait-il le mouvement de ce panier?

Selon Aristote, le panier avance à vitesse constante parce que Marilou applique sur lui une force constante. b)Comment Galilée expliquerait-il ce mouvement?

Selon Galilée, le panier avance à vitesse constante parce que la force appliquée sur lui par Marilou

compense exactement les forces de frottement entre les roues et le sol.

c)Tout à coup, les roues avant du panier heurtent un gros contenant de litière pour chats. Selon

la première loi de Newton, que va-t-il se passer? Les roues avant sarrêteront net, mais le reste du panier et son contenu auront tendance à poursuivre leur mouvement rectiligne uniforme à cause de leur inertie. Les roues arrière

pourraient donc sélever et décrire une rotation vers lavant, au risque de renverser le panier

et son contenu.

Ex. 15

Ex. 2

SECTION 4.2

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PHYSIQUE

CHAPITRE

4 CHAPITRE 4LA PREMIÈRE LOI DE NEWTON EXERCICES141

4.Pourquoi appelle-t-on parfois la première loi de Newton la "loi de l"inertie»?

Parce que cette loi stipule qu"un objet sur lequel aucune force n"agit cherche à conserver son état

de mouvement et que cette tendance vient de son inertie.

5.Si aucune force n"agit sur un objet en mouvement, que pouvez-vous déduire à propos du mouvement

de cet objet? Je peux déduire que le mouvement de cet objet est un mouvement rectiligne uniforme.

6.La première loi de Newton stipule qu"aucune force n"est nécessaire pour maintenir un objet enmouvement. En ce cas, pourquoi doit-on pédaler pour maintenir une vitesse constante à bicyclette?

Pour annuler l"effet des forces de frottement qui s"exercent sur la bicyclette.

7.Lors d"un impact violent, les passagers d"un véhicule n"ayant pas bouclé leur ceinture risquent d"êtreéjectés de la voiture en passant au travers du pare-brise. Pour mieux comprendre ce phénomène,décrivez les forces horizontales qui s"exercent sur les passagers dans chacun des cas suivants.

a)Les passagers se déplacent en ligne droite et à vitesse constante. Il n"y a aucune force horizontale qui s"exerce sur eux.

b)Les passagers se déplacent en ligne droite à vitesse croissante (c"est-à-dire avec une accélération

positive).

Il y a une force horizontale qui s"exerce sur eux. Elle vient des sièges et elle les pousse vers l"avant.

c)Les passagers se déplacent en ligne droite à vitesse décroissante (soit avec une accélération négative).

Il y a une force horizontale qui s"exerce sur eux. Elle vient des sièges (et des ceintures de sécurité)

et elle les tire vers l"arrière.

d)Les passagers sont retenus par une ceinture de sécurité et ils se trouvent dans un véhicule quis"arrête brusquement.

Ils subissent une force horizontale venant de la ceinture de sécurité qui les tire vers l"arrière.

Ex. 34

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142PARTIE II?LA DYNAMIQUE ?EXERCICES

e)Quelle est la conséquence de cette dernière situation sur le mouvement des passagers?

Ils s"arrêteront brusquement.

f)Les passagers ne sont pas retenus par une ceinture de sécurité et ils se trouvent dans un véhicule

qui s"arrête brusquement. Il n"y a aucune force horizontale qui s"exerce sur eux. g)Quelle est la conséquence de cette dernière situation sur le mouvement des passagers?

Ils poursuivront leur mouvement en ligne droite et à vitesse constante jusqu"à ce qu"ils rencontrent

un obstacle.

8.En général, un ballon lancé vers le plancher rebondit lorsqu"il frappe le plancher. Une force est-ellenécessaire pour provoquer le rebondissement du ballon? Expliquez votre réponse.

Le ballon a changé d"orientation: son état de mouvement a donc été modifié, ce qui indique l"action

d"une force.

9.Mathieu frappe une rondelle de hockey avec son bâton. La rondelle glisse sur une certaine distance,ralentit, puis s"immobilise. Comment peut-on concilier ce mouvement avec la première loi de Newton?

Selon la première loi de Newton, la force appliquée sur la rondelle a pour effet d"augmenter sa vitesse.

Si la vitesse de la rondelle diminue par la suite, c"est qu"une autre force est exercée sur celle-ci, en sens

inverse de son mouvement (le frottement).

10.Un ours poursuit une souris. Pour échapper à son prédateur, la souris se met à zigzaguer. En quoi cette stratégie est-elle efficace du point de vue de l"inertie?

La masse de l"ours est beaucoup plus élevée que celle de la souris. En conséquence, l"inertie de

l"ours est également beaucoup plus élevée. Il lui est donc plus difficile qu"à la souris de modifier son

état de mouvement, c"est-à-dire de changer rapidement d"orientation.

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PHYSIQUE

CHAPITRE

4 CHAPITRE 4LA PREMIÈRE LOI DE NEWTON EXERCICES145

4.3La force résultante et l"état d"équilibre

1.a)Quel est l"effet d"une force résultante nulle sur l"état de mouvement d"un objet?

Une force résultante nulle ne modifie pas létat de mouvement dun objet. b)Quel est l"effet d"une force résultante non nulle sur l"état de mouvement d"un objet?

Une force résultante non nulle modifie la grandeur ou lorientation de la vitesse dun objet.

2.Deux enfants tirent sur le même livre en même temps. Pourtant, le livre ne bouge pas. Comment

expliquez-vous cette situation?

Les deux enfants tirent sur le livre avec la même force, selon la même orientation, mais dans des sens

opposés. Les forces quils exercent sannulent donc et le mouvement du livre reste inchangé.

3.Trois forces différentes agissent en même temps sur un objet. La force résultante peut-elle être nulle?Expliquez votre réponse.

Oui. Il suffit pour cela que la somme vectorielle des trois forces soit nulle.

4.Un objet au repos peut-il n"avoir qu"une seule force agissant sur lui? Si oui, donnez un exemple. Si non, expliquez pourquoi.

Non. Si une seule force agit sur un objet, le mouvement de lobjet changera et il ne pourra pas rester

au repos.

5.Un objet peut-il se déplacer selon une orientation tandis qu"une force agit sur lui selon la mêmeorientation, mais en sens inverse? Si oui, donnez un exemple. Si non, expliquez pourquoi.

Oui. Cest ce qui se produit lorsquune balle est lancée vers le haut ou lorsquune voiture freine.

Exercices

Ex. 13

Ex. 2

SECTION 4.3

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146PARTIE II?LA DYNAMIQUE ?EXERCICES

5.La force exercée est de 31,1 N.

6.Un avion de ligne vole à 700 km/h à une altitude de 10 000 m. Ses moteurs exercent une force

de poussée de 70 000 N. Quelle est la force exercée par lair sur lavion? (Indice : Ne tenez compte

que des forces horizontales.)

Puisque lavion vole à vitesse constante, il est donc en état déquilibre. En conséquence, la force

exercée par lair doit annuler exactement la force des moteurs. La résistance de lair est donc

de 70 000 N.

7.On suspend un anneau de métal à l"aide d"une corde à deux crochets situés au plafond. L"angle formé

par les deux sections de la corde est de 90°. Si la tension dans chacune des sections est de 22,0 N,

quelle est la grandeur de la force exercée par la gravité sur lanneau métallique? Ex. 4 1.F g = ?4.F g = 2 ×22,0 N × = 31,1 N

90°

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2=1 1 2 1 F 1 F 2 3F 9 =Fc$(

C$""!(*,$'($#)!"/"'#*'

F =F 91
F 92
F 91
cos 45°

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PHYSIQUE

CHAPITRE

4 CHAPITRE 4LA PREMIÈRE LOI DE NEWTON EXERCICES147

8.Trois masses sont reliées par une corde

à un système de poulies. La gravité tire

sur la masse 1 avec une force de 35 N, sur la masse 2 avec une force de 26 N et sur la masse 3 avec une force de 15 N.

Selon la verticale, la masse 1 est-elle

en équilibre? Si non, quel est son mouvement?

5.La force résultante exercée sur la masse 1 selon la verticale n"est pas nulle et elle est dirigée vers le

bas. La masse n'est donc pas en équilibre et elle est entraînée vers le bas. 1.F R

2.Trois forces s"exercent sur la masse 1 :

F 1 = 35 Nθ 1 = 270° F 2 = 26 Nθ 2 = 60° F 3 = 15 Nθ 3 = 150°

3.Selon la verticale :

F y = Fsinθ F Ry = F 1y + Fquotesdbs_dbs10.pdfusesText_16

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