DEVOIR SURVEILLE DE PHYSIQUE - 1S10 (10/01/02)

 

I/Cours :

Enoncez les trois loi de Newton .

II/Rebond d'une balle de tennis :

On étudie le choc d'une balle de tennis avec un sol horizontal .

1-Rebond de la balle sans effet :

Juste avant le choc, le centre d'inertie C de la balle a une vitesse de valeur 80 km.h-1 et dont la direction fait un angle de 45° avec le sol .

Juste après le choc , le vecteur vitesse a la même valeur et fait un angle de 45 ° avec le sol .

a-Représentez le vecteur , en plaçant son origine en O sur la figure 1 du document . est la variation du vecteur vitesse du centre d'inertie de la balle au cours du choc . Le détail de la construction devra apparaître clairement sur le document .

 

b- Faire le bilan des forces appliquées à la balle lorsqu'elle touche le sol . Représentez ces forces sur la figure 2 du document .

c- Ecrivez une relation entre la somme vectorielle des forces appliquées à la balle pendant le choc et . A quelle loi de Newton , correspond cette relation ?

d- Justifiez l'affirmation : << Le vecteur SOMME des forces appliquées à la balle pendant le choc est colinéaire au vecteur >> . Ces deux vecteurs sont-ils de même sens ? Pourquoi ?

e-L'action du sol sur la balle a t-elle dans ce cas une composante de frottement ? Justifiez votre réponse .

2-Balle liftée :

Si la balle est liftée , le vecteur vitesse du centre d'inertie de la balle après le choc , fait alors un angle de 30° avec l'horizontale et sa valeur est égale à 1,4 fois la valeur Vc de la balle avant le choc.

a-Représentez le vecteur , en plaçant son origine en O sur la figure 3 du document .

b-Quelles sont les forces appliquées à la balle pendant le choc ? Ecrivez la relation entre le vecteur SOMME de ces forces appliquées et . Comparez à la réponse donnée dans 1-c .

c- Sur la figure 4 du document est représentée la force , action du sol sur la balle au cours du choc . Complétez le schéma en représentant l'autre force appliquée à la balle au cours du choc , de façon à ce que le schéma soit compatible avec la relation écrite en 2-b .

d-Y a t-il dans ce cas frottement au cours du choc ? Justifiez votre réponse . Si oui, représentez la force de frottement sur la figure 4 du document et indiquez le sens de rotation de la balle après le choc .

e-Après le choc , la balle tourne t-elle plus ou moins vite ? Justifiez votre réponse .

III/Poussée d'Archimède :

Une pierre suspendue à l'extrêmité inférieure d'un fil est immergée dans l'eau .

 

 

 

 

Données :

masse de la pierre : m=10 kg

masse volumique de l'eau reau = 1000 kg.m-3 .

masse volumique de la pierre rp = 2700 kg.m-3

intensité de la pesanteur : g=10 N.kg-1 .

a) Calculer le volume de la pierre

b)Déterminer les caractéristiques de la poussée d'Archimède appliquée à la pierre (direction, sens et norme) .

c)Déterminer la valeur de la tension du fil qui soutient la pierre .

DOCUMENT : NOM : ............................... Prénom : .........................

 

A remettre avec la copie  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correction

I/Cours :

Voir le cours . Les formules ne sont pas suffisantes .

II/Rebond d'une balle de tennis :

1/a- Le vecteur est la somme vectorielle de et de , d'où la construction sur la figure 1

b-la balle est soumise à :

*une action à distance , appliquée à son centre d'inertie : le poids

*une action de contact (action du sol sur la balle ) :

c-La deuxième loi de Newton s'écrit ici :

(A est une constante positive)

d- En posant , la deuxième loi de Newton s'écrit aussi : . Il est clair , que cela signifie que les vecteurs , d'où l'affirmation . La constante A étant positive , les deux vecteurs sont de plus de même sens .

e-Le vecteur est perpendiculaire au sol horizontal (direction verticale) . ayant également une direction verticale et étant colinéaire à , est également verticale , ce qui signifie que la composante tangentielle au sol de est nulle , autrement dit , il n'y a pas de frottement entre la balle et le sol .

 

2/a-voir figure 3

b-la balle est soumise à :

*une action à distance , appliquée à son centre d'inertie : le poids

*une action de contact (action du sol sur la balle ) :

Comme dans 1-c , nous avons encore (deuxième loi de Newton ) :

c-Sur la figure 4 est représenté le poids

Le vecteur somme doit être , d'après ce qui précède colinéaire à , d'où la construction de .

d-La composante tangentielle de est la force de frottement : or , celle-ci n'est pas nulle . Il y a donc dans ce cas , frottement au cours du choc . La force de frottement est représentée sur la figure 4 .

Etant donné le sens de la force de frottement , la balle tourne dans le sens des aiguilles d'une montre .

e-Après le choc , la balle tourne moins vite qu'avant , précisément à cause des frottements (perte d'énergie)

III/Poussée d'Archimède :

a) s'écrit aussi

 

b)Bilan des forces appliquées à la pierre :

* une action à distance : le poids

* deux actions de contact : la poussée d'Archimède et la tension du fil .

 

 

 

 

 

La poussée d'Archimède :

* direction : verticale

* sens : vers le haut

* norme : poids du liquide déplacé :  

c)La pierre est en équilibre et donc : . Or ces trois vecteurs sont colinéaires et tenant compte de leur orientation , nous pouvons écrire : P=T+P et donc

T=P-P =10*10-1000*3,7 10-3*10=63 N