Solution des exercices : Principes des actions réciproques - 3e

Classe: 
Troisième
 

Exercice 1 

L'action et la réaction sont des actions réciproques qui se produisent simultanément : on les appelle des forces d'interactions. Elles agissent sur deux objets différents et produisent alors un mouvement. Ce sont des forces directement opposées : elles ont même intensité, même direction et des sens opposées. Quand deux objets interagissent, l'action de l'un est toujours égale à la réaction de l'autre : ce sont des forces directement opposées.

Exercice 2

Deux forces peuvent être opposées ou directement opposées :
 
1) Caractéristiques des forces opposées :
 
  points d'application différents
 
  même droite d'action
 
  sens différents
 
  intensités différentes
 
Caractéristiques des forces directement opposées :
 
  points d'application différents
 
  même droite d'action 
 
  sens différents
 
  même intensité
 
2) Exemple de forces opposées : le recul des armes à feu
 
Exemple de forces directement opposées : la propulsion par réaction des avions et des fusées

Activités

Un wagonnet lancé, se déplace sans frottement sur un rail horizontal. 
 
On exerce sur lui une force F par l'intermédiaire d'un souffleur d'air. 
 
Pour modifier sa vitesse, plusieurs directions sont envisagées.
 
1) La direction "la plus efficace" pour modifier la vitesse du wagonnet est l'horizontale (parallèle au déplacement).
 
2) Les directions qui ne modifient pas la vitesse du wagonnet sont : la verticale, l'horizontale (perpendiculaire au déplacement).
 
3) Représentons les différentes directions envisagées

 

 
4) L'expression de W pour la direction la plus efficace pour augmenter la vitesse est donnée par :
W=F×d
d est la distance parcourue ou déplacement.
 
5) La force F exercée par le souffleur favorise le déplacement du wagonnet si cette force est de même sens que le déplacement.
 
Le travail est alors moteur.
 
6) La force F exercée par le souffleur s'oppose au déplacement du wagonnet lorsqu'elle est de sens contraire au sens de déplacement du wagonnet.
 
Par conséquent, le travail est résistant. 

Exercice 3 Maitrise de connaissances

Recopions et complétons les phrases suivantes par les mots : 
 
durée, joule, intensité, watt, moteur, longueur, travail, résistant, déplacement.
 
Le travail d'une force constante colinéaire au déplacement est égal au produit de l'intensité de la force par la longueur du déplacement de son point d'application.
 
Dans le système international, le joule est l'unité de travail.
 
Un travail est dit résistant si la force et le déplacement sont de sens contraire.
 
La puissance moyenne d'une force est le quotient du travail par la durée mise à l'effectuer.
 
Le watt est l'unité de puissance dans le système international

Exercice 4 Ordres de grandeurs

Dans le tableau ci-dessous, associons chaque système à l'ordre de grandeur de sa puissance mécanique :
SystèmeOrdre de grandeurMoteur d'automobile2kWRéacteur d'avion25MWMoteur de camion200kWHomme travaillant physiquement150WMoteur de montre106W

Exercice 5 Déménageur

Un déménageur pousse une armoire sur un sol horizontal.
 
Il exerce une force F constante, horizontale, parallèle au déplacement rectiligne, de valeur 100N.
 
Les frottements sont assimilables à une force constante (f) opposée au déplacement et d'intensité 10N.
 
1) Calculons le travail W(F) de la force pour un déplacement de 150cm de son point d'application.
 
On a : W(F)=F×d d est le déplacement égal à 150cm=150.102m
 
A.N : W(F)=100×150.102=150
 
Ainsi, W(F)=150J
 
2) Calculons le travail W(f) de la force de frottement : 
 
Soit : W(f)=f×d
 
Alors : W(f)=10×150.102
 
D'où, W(f)=15J
 
Nature du travail : résistant

Exercice 6 Travail du poids

L'intensité de la pesanteur est g=9.8N.kg1
 
Une balle de tennis de masse m=60g tombe d'une hauteur h=1.5m.
 
Calculons le travail W(P) du poids P :
 
Soit : W(P)=P×h
 
Or, P=m×g donc, W(P)=m×g×h
 
A.N :  W(P)=60.103×9.8×1.5=0.882
 
Ainsi, W(P)=0.882J
 
Par conséquent, le travail est moteur.

Exercice 7 Puissance moyenne et vitesse

Un mobile M, sous l'action d'une force constante F se déplace d'une longueur L pendant une durée t avec une vitesse constante v colinéaire à F et de même sens.
 
1) Montrons que la puissance P se met sous la forme : P=F×v
 
On sait que : P=W(F)t    avec W(F)=F×L
 
Alors, P=F×Lt=F×Lt  ; or Lt=v
 
Donc, en remplaçant Lt par v, on obtient :
P=F×v
2)  Une charge est soulevée à d=3.1m du sol en t=3.2s avec une force F constante et dirigée suivant la verticale. 
 
La puissance moyenne de cette force est P=600W.
 
Déterminons la valeur de cette force.
 
On a : P=F×v  et  v=dt
 
Donc, en remplaçant v par dt, on obtient :
 
P=F×dtP=F×dtF×d=P×tF=P×td
 
A.N : F=600×3.23.1=619.3
 
Ainsi, F=619.3N

Exercice 8 haltérophilie

Une barre de masse m=150kg est soulevée par un haltérophile d'une hauteur h=1.95m en t=2s. L'intensité de la pesanteur est g=9.8N.kg1
 
Calculons la puissance moyenne P de la force développée par l'haltérophile.
 
Soit : P=F×v v est la vitesse de déplacement de la barre et F la résultante des forces exercées par l'haltérophile.
 
Comme F est verticale et que sa valeur est constante et égale au poids de la barre alors, on a : F=P=m×g
 
De plus,  v=ht
 
Donc, en remplaçant F  et  v respectivement par m×g  et  ht, on obtient :
P=m×g×ht=m×g×ht
 
A.N : P=150×9.8×1.952=1433.25
 
D'où, P=1433.25W

Exercice 9 Pompe à eau

Un moteur de pompe remonte l'eau d'un puits. 
 
La profondeur du puits est L=15m et le débit est d=10m3.h1
 
1) Calculons le volume d'eau remontée en une heure.
 
Soit Ve le volume d'eau remontée du puits en un temps t=1h.
 
Alors, Ve=d×t
 
A.N : Ve=10×1=10
 
D'où, Ve=10m3
 
2) Calculons le travail W(F), de la force motrice F en une heure.
 
On a : W(F)=F×L F est égale en intensité au poids Pe de l'eau pompée.
 
Donc, en remplaçant F par Pe, on obtient : W(F)=Pe×L   or, Pe=me×g
 
Par suite, W(F)=me×g×L  avec me=ρe×Ve
 
D'où, W(F)=ρe×Ve×g×L  avec ρe=103kg.m3; g=9.8N.kg1
 
A.N : W(F)=103×10×9.8×15=1470000
 
Ainsi, W(F)=1470000J=1470kJ
 
3) Le travail cette force motrice est moteur.
 
4) Déterminons la puissance moyenne P, du moteur
 
Soit : P=W(F)t
 
A.N : P=14700001
 
D'où, P=1470000W=1470kW

Exercice 10 Principe des actions réciproques

Une boule en fer (a) est accrochée à un pendule par l'intermédiaire d'un fil initialement vertical.
 
On approche un aimant (b) de la boule (a) qui s'écarte de sa position initiale.
 
Représentons avec la même échelle
 
1) La force Fa/b que la boule (a) exerce sur l'aimant (b):
 
2) La force Fb/a que l'aimant (b) exerce sur la boule (a) :

 

 
N.B : puisque la boule (a) s'écarte de sa position initiale sous l'effet de la force Fb/a et que l'aimant reste immobile alors, on peut écrire :
Fb/a>Fa/b
Ce qui signifie que la longueur du vecteur Fb/a, représentant la force que l'aimant exerce sur la boule reste supérieure à la longueur du vecteur Fa/b, représentant la force que la boule exerce sur l'aimant.
 

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Commentaires

Bonne révision pour un retraité cordialement

En se rapprochant de vous Mobile 767990179

Merci bcp pour cet outil pédagogique que vous avez offert à toute la communauté éducative.

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