3e · Physique-chimie

Contrôle n°4 — Mouvement et interactions

Évaluation sur la description du mouvement, les forces et les lois de Newton appliquées à des situations concrètes.

50min · Difficile · 3 exercices · Barème sur 20 points

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Sujet

Travaille d’abord sans consulter le corrigé. Note tes réponses et les étapes de ton raisonnement.

Exercice 1 — Référentiel et trajectoire (6 points)

Pour chaque situation, indique quel est le meilleur référentiel pour décrire le mouvement simplement, et la nature de la trajectoire (rectiligne, circulaire, curviligne...) dans ce référentiel. 1. Une balle lâchée sans vitesse initiale depuis la fenêtre d'un immeuble. 2. Un passager assis dans un TGV qui roule à 300 km/h sur une voie droite. 3. Le mouvement de la Lune autour de la Terre. 4. Une roue de vélo qui avance sur une route plate.

Exercice 2 — Forces en jeu sur un skateboard (8 points)

Un skateur roule à vitesse constante sur une route horizontale parfaite. 1. Fais un schéma simplifié du système {skateur + skate} et représente, sans souci d'échelle, toutes les forces qui s'exercent sur lui. Nomme-les. 2. Applique le principe d'inertie (1ère loi de Newton). Que peux-tu en déduire sur l'ensemble des forces ? 3. En réalité, il doit donner de temps en temps un coup de pied pour avancer. Pourquoi ? Quelle force nouvelle apparaît alors ?

Exercice 3 — Calcul de vitesse et de distance (6 points)

Un sprinteur parcourt le 100 mètrès en 10 secondes. On suppose sa course en ligne droite et son mouvement uniforme (pour simplifier). 1. Calcule sa vitesse moyenne en m/s, puis convertis-la en km/h. 2. En réalité, il met 2 secondes pour atteindre sa vitesse maximale depuis le départ. Quelle distance a-t-il parcourue pendant ce démarrage, si on suppose une accélération constante ? (Indice : distance = (vitesse finale × temps) / 2 pour un démarrage uniformément accéléré depuis l'arrêt). 3. Quelle est alors la distance parcourue à vitesse maximale supposée constante ?

Corrigé et barème

Le total du barème est de 20 points. Les réponses rédigées admettent plusieurs formulations pertinentes ; compare le raisonnement, pas seulement les mots.

Exercice 1 — Référentiel et trajectoire : 6 points

1. Référentiel : Terrestre (lié à l'immeuble). Trajectoire : Rectiligne verticale. 2. Référentiel : Le TGV lui-même. Trajectoire : Le passager est immobile (trajectoire ponctuelle). Dans le référentiel terrestre, sa trajectoire est rectiligne. 3. Référentiel : Géocentrique (lié au centre de la Terre). Trajectoire : Quasi-circulaire (en réalité elliptique). 4. Pour un point sur le pneu : Référentiel terrestre. Trajectoire : Cycloïde (courbe complexe). Pour l'axe de la roue : Référentiel terrestre. Trajectoire : Rectiligne.

Exercice 2 — Forces en jeu sur un skateboard : 8 points

1. Schéma avec : Le poids P (vertical, vers le bas, appliqué au centre de gravité). La réaction du sol R (verticale, vers le haut, appliquée aux roues). Si la route est horizontale, R est opposée à P. Les forces de frottement de l'air (faibles, opposées au mouvement) et de roulement (négligeables ici). 2. Principe d'inertie : Comme le mouvement est rectiligne et uniforme (vitesse constante), les forces qui s'exercent sur le système se compensent. Donc la somme vectorielle des forces est nulle : P + R = 0 (elles sont opposées et de même valeur). 3. Il doit compenser les forces de frottement (air, roulement) qui tendent à le ralentir. En poussant sur le sol, il exerce une action sur le sol, et par réaction (3ème loi de Newton), le sol exerce sur lui une force de propulsion vers l'avant.

Exercice 3 — Calcul de vitesse et de distance : 6 points

1. v_moy = d / t = 100 / 10 = 10 m/s. En km/h : 10 × 3,6 = 36 km/h. 2. Pendant le démarrage (t₁=2s), sa vitesse passe de 0 à v_max. La distance d₁ = (v_max × t₁) / 2. On ne connaît pas v_max. On sait que sur les 8 secondes restantes (t₂=8s), il court à v_max constante : d₂ = v_max × t₂. Or d₁ + d₂ = 100 m. Donc (v_max × 2)/2 + (v_max × 8) = 100 => v_max + 8v_max = 100 => 9v_max = 100 => v_max ≈ 11,11 m/s. Alors d₁ = (11,11 × 2) / 2 ≈ 11,11 m. 3. d₂ = v_max × t₂ = 11,11 × 8 ≈ 88,89 m. Vérification : 11,11 + 88,89 = 100 m.

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