Comparer forces et mouvements

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Fiches
Classe(s) : 2de | Thème(s) : L'étude du mouvement

Rappels de cours

1 Les effets d’une force

Une force qui s’exerce sur un système peut :

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Contribuer à l’équilibre du système.

exemple La force exercée par l’haltérophile maintient la charge soulevée à l’équilibre.

Mettre en mouvement le système initialement immobile.

exemple La force exercée par l’athlète met le javelot en mouvement.

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Modifier le mouvement du système : la force modifie soit la trajectoire, soit la vitesse, soit les deux à la fois.

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exemple La force exercée par la raquette de tennis dévie la balle.

Modifier la valeur de l’énergie cinétique de l’objet sur lequel elle s’applique.

exemple Les athlètes poussent le bobsleigh au démarrage pour augmenter sa vitesse et donc son énergie cinétique.

Rappel : l’énergie cinétique d’un objet de masse m et de vitesse v est définie par :

Ec=12 mv2

Ec en J ;

m en kg ;

v en m · s–1.

2 L’influence de la masse du système

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L’effet d’une force dépend de la masse du système. La modification de la trajectoire ou de la vitesse est d’autant plus importante que le système est léger.

Méthodes

Décrire l’effet d’une force sur le mouvement d’un objet

Pour chacune des situations suivantes, décrire les effets de la force exercée sur le système indiqué en caractère gras.

Un footballeur frappe le ballon lors d’un coup franc.

Un palet de hockey rebondit sur le bord de la patinoire.

Un alpiniste immobile est suspendu à une corde, en l’air.

Conseils

Analysez l’effet de l’action réalisée sur le système considéré.

Solution

La force exercée par le joueur sur le ballon le met en mouvement.

La force exercée par le bord de la patinoire sur le palet modifie son mouvement (essentiellement sa trajectoire).

L’alpiniste est soumis à son poids et à la force de la corde : ces deux forces contribuent à son équilibre immobile.

Force et énergie cinétique

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Pendant la course d’élan, les chiens exercent des forces sur le traîneau et son passager, de masse totale 150 kg, pour leur donner de la vitesse. Ils passent ainsi de l’immobilité à une vitesse de 3,5 m · s–1.

1. Quel est l’effet produit par les forces exercées sur le traîneau ?

2. Calculer l’énergie cinétique acquise par l’ensemble traîneau-passager.

Conseils

1. Analysez l’effet des forces exercées par les chiens.

2. Utilisez la définition de l’énergie cinétique.

Solution

1. Les forces permettent de mettre en mouvement le traîneau en augmentant sa vitesse et donc son énergie cinétique.

2. L’énergie cinétique est définie par : Ec=12 mv2 avec m = 150 kg et v = 3,5 m · s–1, on a donc :

Ec=12×150×3,52 = 918,75 J = 9,2 × 102 J.