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Solution des exercices : Les forces - 3e

Classe:

Troisième

Exercice 1

1) Une intensité : c'est la valeur numérique exprimée en unité de force.

2) Une droite d'action : c'est la droite suivant laquelle la force agit ; elle peut être horizontale, oblique ou verticale.

3) On mesure la valeur d'une force à l'aide d'un dynamomètre.

Exercice 2

Représentons par un vecteur chacune des forces suivantes :

1) Le poids d'une plaque métallique pesant $4.75\;N$

on prend pour échelle $1\;cm \longrightarrow 1\;N$

2) La force de traction de $525\;N$ avec laquelle une remorque est déplacée horizontalement.

on prend pour échelle $1\;cm \longrightarrow 105\;N$

Exercice 3

La caisse $C$ de poids $20\;N$ est en équilibre sur une table tel que indiqué par le schéma ci-dessous. $A\ $ et $\ B$ sont deux charges pesant chacune $0.5\;kg$

1) Représentatons toutes les forces agissant sur la caisse $C$

$\vec{R}$ : réaction de la table

$\vec{P}$ : poids de la caisse

$\vec{F}_{B}$ : force exercée par la charge $B$ sur la caisse

$\vec{F}_{A}$ : force exercée par la charge $A$ sur la caisse

2) Représentons le poids de chacune des deux cgarges

3) Calculons $\|\vec{P}_{A}\|$ et $\|\vec{P}_{B}\|$

On a : $\vec{P}_{A}=m_{A}\times\vec{g}\ $ et $\ \vec{P}_{B}=m_{B}\times\vec{g}\ $ or, $m_{A}=m_{B}$

Donc, $\|\vec{P}_{A}\|=\|\vec{P}_{B}\|=m_{A}\times g$

A.N : $\|\vec{P}_{A}\|=\|\vec{P}_{B}\|=0.5\times 10=5$

D'où, $\boxed{\|\vec{P}_{A}\|=\|\vec{P}_{B}\|=5\;N}$

Exercice 4

1) Le poids $\vec{P}$ d'un objet est la force d'attraction exercée par la terre sur cet objet. C'est une force à distance.

2) Caractéristiques :

$-\ $ point d'application : centre d'inertie de l'objet

$-\ $ droite d'action : verticale

$-\ $ sens : du haut vers le bas

$-\ $ norme (intensité) : $P=m\times g$

Exercice 5

Un objet de masse $500\;g$ est suspendu à un ressort et pend.

1) Représentons, sur un schéma, les forces qui lui sont appliquées

$\vec{T}$ est la tension du ressort.

$\vec{P}$ est le poids de la masse.

2) Donnons les caractéristiques de chacune de ces forces.

$\centerdot\ $ Le poids $\vec{P}$

$-\ $ point d'application : centre d'inertie de la masse

$-\ $ droite d'action : verticale

$-\ $ sens : du haut vers le bas

$-\ $ norme (intensité) : $P=m\times g$

A.N : $P=500\;10^{-3}\times 10=5$

Donc, $\boxed{P=5\;N}$

$\centerdot\ $ La tension $\vec{T}$

$-\ $ point d'application : point de contact entre la masse et le ressort.

$-\ $ droite d'action : verticale

$-\ $ sens : du bas vers le haut

$-\ $ norme (intensité) : $T$

On a : $\vec{T}=-\vec{P}\ \Rightarrow\ T=P$

Donc, $\boxed{T=5\;N}$

Exercice 6

Faisons l'inventaire de toutes les forces qui s'appliquent sur une voiture roulant à vitesse constante sur une route horizontale.

$\vec{R}$ (résultante de $\vec{R}_{1}$ et $\vec{R}_{2}$) : réaction de la route sur la voiture

$\vec{P}$ : poids de la voiture

$\vec{F}$ : force motrice de la voiture (force de déplacement)

$\vec{f}$ : force de frottement sur la voiture (force opposée au déplacement)

Activité : Condition d'équilibre d'un solide

Une plaque de polystyrène de poids négligeable est soumise à l'action de deux forces par l'intermédiaire de deux fils tendus.

Les deux cylindres accrochés aux deux poulies ont pour masse $50\;g.$

On donne $g=10\;N.kg^{-1}$

1) Calculons l'intensité du poids de chaque cylindre.

Soit $\vec{P}_{1}$ le poids du cylindre relié en $A$ et $\vec{P}_{2}$ le poids du cylindre relié en $B.$

On a : $P_{1}=m_{1}\times g\ $ et $\ P_{2}=m_{2}\times g$

Puisque les deux cylindres sont égales en masse $(m_{1}=m_{2}=m)$ et que l'intensité de la pesanteur $(g)$ est une constante alors, les poids des deux cylindres sont de même intensité.

Par suite, $P_{1}=P_{2}=m\times g$

A.N : $P_{1}=P_{2}=0.05\times 10$

D'où, $\boxed{P_{1}=P_{2}= 0.5\,N}$

2) Représentons le poids des deux cylindres ainsi que les forces $\vec{F}_{1/S}\ $ et $\ \vec{F}_{2/S}$ exercées respectivement en $A\ $ et $\ B.$

$\vec{P}_{1}\ $ et $\ \vec{P}_{2}$ auront pour dimension $2\,cm$, en tenant compte de l'échelle : $1\,cm$ pour $0.25\,N$

Aussi, $F_{1/S}\ $ et $\ F_{2/S}$ sont respectivement égales aux poids $P_{1}\ $ et $\ P_{2}$ des deux cylindre.

Donc, $F_{1/S}=F_{2/S}= 0.5\,N$

Par suite, leur dimension est de $2\,cm$, en utilisant la même échelle.

3) Comme $\left\lbrace\begin{array}{ccc}F_{1/S}&=&P_{1}\\F_{2/S}&=&P_{2}\end{array}\right.$

Et que $P_{1}=P_{2}$ alors, $F_{1/S}=F_{2/S}$

Par ailleurs, $\vec{F}_{1/S}\ $ et $\ \vec{F}_{2/S}$ sont de sens opposés.

Donc, la somme des forces exercées sur la plaque s'annule.

On dit alors que la plaque est en équilibre.

4) Complétons le tableau suivant :

$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|}\hline\text{Force}&\text{Point d'application}&\text{Direction}&\text{Sens}&\text{Intensité }(N)\\ \hline&&\text{direction du}&\text{de }A\text{ vers}&\\ \vec{F}_{1/S}&\text{le point }A&\text{fil accroché}&\text{l'extérieur}&0.5\\&&\text{en }A&\text{(centrifuge)}&\\ \hline&&\text{direction du}&\text{de }B\text{ vers}&\\ \vec{F}_{2/S}&\text{le point }B&\text{fil accroché}&\text{l'extérieur}&0.5\\&&\text{en }B&\text{(centrifuge)}&\\ \hline\end{array}$$

5) Nous constatons, d'après le tableau précédent, que les forces $\vec{F}_{1/S}\ $ et $\ \vec{F}_{2/S}$ ont même intensité, même direction, mais sont de sens opposés. Nous en déduisons alors :

$$\vec{F}_{1/S}=-\vec{F}_{2/S}\quad\text{ou encore}\quad\vec{F}_{1/S}+\vec{F}_{2/S}=\vec{0}$$

Exercice 7 : Effets d'une action mécanique

1) Lorsqu'on exerce une action mécanique sur un objet, plusieurs effets sont possibles dont :

$-\ $ un changement de trajectoire

$-\ $ une déformation (étirement, déformation...)

$-\ $ une cassure

2) Pour chaque effet, un exemple est donné dans le tableau ci-dessous :

$$\begin{array}{|l|l|}\hline\text{Effet}&\text{Exemple}\\ \hline\text{changement de}&\text{changement de la trajectoire}\\ \text{trajectoire}&\text{d'un ballon de foot}\\ \hline\text{déformation}&\text{étirement d'un ressort par une masse}\\&\text{accrochée à son extrémité}\\ \hline\text{cassure}&\text{fissure sur un pan de mur}\\ \hline\end{array}$$

Exercice 8 : Types d'actions mécaniques

1) Citons deux exemples d'une action de contact et deux exemples d'une action à distance :

$\centerdot\ $ action de contact :

$-\ $ force de traction d'une voiture

$-\ $ force exercée par la surface de l'eau sur un bateau (poussée d'Archimède)

$\centerdot\ $ action à distance :

$-\ $ force exercée par le soleil sur les planètes du système solaire (force gravitationnelle)

$-\ $ action d'un aimant sur un métal (force magnétique)

2) Citons un exemple d'une action localisée et un exemple d'une action répartie :

$\centerdot\ $ action localisée : action de contact de la pointe d'un clou sur une planche en bois

$\centerdot\ $ action répartie : action du vent sur la voile d'un bateau

Exercice 9 : Reconnaissance de types d'actions mécaniques

Classons dans le tableau suivant, les types d'action en action de contact et en action à distance :

$$\begin{array}{|l|l|} \hline \text{Action de contact}&\text{Action à distance}\\ \hline\text{Action exercée par un pied}&\text{Action exercée par la Terre sur une}\\ \text{sur un ballon.}&\text{mangue qui tombe d'un manguier.}\\&\\ \text{Action exercée par un marteau}&\text{Action exercée par un aimant sur une}\\ \text{sur un clou.}&\text{bille d'acier passant à sa proximité.}\\&\\ \text{Action exercée par le vent}&\\ \text{sur une voile de bateau.}&\\&\\ \text{Action exercée par un homme}&\\ \text{tirant sur la laisse d'un chien.}&\\ \hline\end{array}$$

Exercice 10 : Caractéristiques d'une force

1) Citons les quatre caractéristiques d'une force représentant une action localisée

$-\ $ Point d'application : le point où agit la force ;

$-\ $ Direction : direction de l'action provoquant la force ;

$-\ $ Sens : centripète à l'objet qui subit l'action ;

$-\ $ Norme : l'intensité de la force de l'action subit par l'objet.

2) On représente une force par un vecteur

3) La valeur d'un force est mesurée par un appareil appelé dynamomètre.

Auteur:

Aliou ndiaye

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mar, 04/13/2021 - 14:49

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