Dissertation

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Jeudi 26 Novembre 2009 1ère S2
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– Devoir n°4 –

Physique

Exercice 1 :
Un enfant de masse M = 45 kg tire sa luge de masse m = 6,0 kg sur un plan incliné qui fait un angle = 20° avec l’horizontale. Il la tire àvitesse constante à l’aide d’un câble qui fait un angle = 55° avec le plan incliné. La tension du câble sur le solide vaut T = 48 N.
1. Faire le bilan des forces appliquées à la luge. Quelle relation vectorielle existe-t-il entre ces forces ? Justifier.
2. Faire un schéma représentant qualitativement les forces appliquées à la luge.
3. Donner les caractéristiques des forces appliquéesà la luge (utiliser la méthode de projection des vecteurs)
L’enfant monte ensuite sur sa luge et descend la pente à vitesse constante.
4. Faire un bilan de forces appliquées à l’ensemble {enfant+luge}.
5. En utilisant une méthode graphique, donner la valeur de chacune des forces. Détailler et justifier votre raisonnement.

Exercice 2 :
Un mobile autoporteur sur coussin d’air demasse m, placé sur une table horizontale, est lié en un point C à une tige verticale par un fil élastique dont le prolongement passe par son centre d’inertie G. A est à la verticale de G, c’est le centre de la semelle du mobile autoporteur. Le point O est à la verticale du point C. Voir le document 1.A l’instant t0 = 0 s, le mobile autoporteur est lancé. | Document 1 : |
La position initiale dupoint A est repérée en A0. Les positions successives de A sont enregistrées pour des dates séparées de ? = 20,0 ms. L’enregistrement, représenté à l’échelle ¼, obtenu avec ce dispositif, vous est donné sur le document 2.
On suppose l’élastique tendu pour la position A5 de cet enregistrement.
1. Faire le bilan des forces appliquées au mobile autoporteur sur coussin d’air à la date t5 (aucunecaractéristique n’est demandée). Sur le document 1 ci-dessus représenter qualitativement ces forces en utilisant des couleurs différentes.
2. Donner les caractéristiques des vitesses instantanées v4 et v6 du point A aux dates t4 et t6.
3. Enoncer la 2ème loi de Newton puis la vérifier graphiquement à la date t5. Détailler et justifier le raisonnement. Echelle de représentation 1,0 cm 0,50m/s

Document 2 :

Exercice 3 :
On étudie le mouvement d’une balle de tennis de masse m = 58 g, de rayon R = 3,35 cm et de volume noté Vballe.
On enregistre son mouvement à l’aide d’un caméscope et on relève les positions successives du centre d’inertie G de la balle en visionnant la bande vidéo image par image. A l’instant t0 = 0s la balle est lancée avec une vitesse V0 = 3,0 m.s-1faisant un angle avec l’horizontale, la position du centre d’inertie de la balle à cette date sera notée G0 pris comme origine de l’axe des ordonnées vertical orienté vers le bas et de l’axe des abscisses horizontal orienté vers la droite.

date | ti (s) | Xi (m) | Yi (m) |
0 | 0 | 0 | 0 |
1 | 0,040 | 0,055 | 0,098 |
2 | 0,080 | 0,110 | 0,179 |
3 | 0,120 | 0,165 | 0,243 |
4 | 0,160 |0,220 | 0,289 |
5 | 0,200 | 0,277 | 0,321 |
6 | 0,240 | 0,329 | 0,329 |
7 | 0,280 | 0,384 | 0,329 |
8 | 0,320 | 0,436 | 0,309 |
9 | 0,360 | 0,491 | 0,275 |
10 | 0,400 | 0,546 | 0,220 |

1. Exprimer puis calculer la valeur de la poussée d’Archimède exercée par l’air sur la balle de tennis.
2. Exprimer puis calculer la vitesse V5 de la balle à la date t5. Toutes les expressionslittérales intervenant dans ce calcul sont attendues.
3. Les forces de frottement de l’air ont pour expression fi = × Vi². est le coefficient de viscosité de l’air et il vaut : = 1,01.10-3 USI. Calculer la valeur des forces de frottement pour la date t5.

Données
intensité de la pesanteur : g = 9,81 N.kg-1
volume d’une sphère de rayon R : V = (4/3) × ? × R3
masse volumique de l’air :…