Ressources · 1ʳᵉ · Spécialité Physique-Chimie

Chute libre et mouvement dans un champ de pesanteur

Étude cinématique et dynamique des mouvements en chute libre et en projection — programme de 1re Spécialité

À propos de cette page

Ce QCM sur « Chute libre et mouvement dans un champ de pesanteur » en première teste tes connaissances en spécialité physique-chimie de manière interactive. Les questions, classées par niveau (facile, moyen, difficile), respectent le programme officiel de première. Au programme : L'essentiel : champ de pesanteur, poids et chute libre, Décrire un mouvement : position, vitesse, variation de vitesse, La deuxième loi de Newton appliquée à la chute libre, Chute libre verticale : équations horaires. À chaque réponse, une explication détaillée t'aide à comprendre tes erreurs et à mémoriser l'essentiel. Idéal pour s'auto-évaluer rapidement, réviser avant un contrôle ou consolider ses acquis. Quiz gratuit conçu par un professeur particulier à Marseille pour progresser en spécialité physique-chimie en première.

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Les 24 questions du QCM en version texte

Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.

Niveau facile — 8 questions

Dans un champ de pesanteur uniforme, un système est en chute libre lorsque :
- A. il tombe verticalement vers le sol
- B. il n'est soumis qu'à son poids
- C. sa vitesse initiale est nulle
- D. il évolue dans le vide interstellaire
Réponse
B. il n'est soumis qu'à son poids — La chute libre se définit par le bilan des forces : le poids est la seule force extérieure. La trajectoire et la vitesse initiale n'entrent pas dans la définition.
Le vecteur accélération d'un système en chute libre est :
- A. nul pendant tout le mouvement
- B. toujours tangent à la trajectoire
- C. constant, vertical, dirigé vers le bas
- D. toujours dirigé vers le point de lancement
Réponse
C. constant, vertical, dirigé vers le bas — La deuxième loi de Newton donne $m \vec{g} = m \vec{a}$ , donc $\vec{a} = \vec{g}$ : le vecteur accélération est égal au champ de pesanteur, donc constant et vertical vers le bas.
Au niveau du sol en France, la valeur du champ de pesanteur terrestre vaut environ :
- A. 9,81 N·kg⁻¹
- B. 0,981 N·kg⁻¹
- C. 19,6 N·kg⁻¹
- D. 98,1 N·kg⁻¹
Réponse
A. 9,81 N·kg⁻¹ — $g \approx 9, 81$ N·kg⁻¹, ce qui s'écrit aussi $9, 81$ m·s⁻² lorsqu'on l'utilise comme accélération.
Le poids d'un corps de masse $m$ dans un champ de pesanteur de valeur $g$ s'écrit :
- A. $P = m \div g$
- B. $P = g \div m$
- C. $P = m \times g^{2}$
- D. $P = m \times g$
Réponse
D. $P = m \times g$ — Le poids est la force $\vec{P} = m \vec{g}$ , de valeur $P = m g$ (en newtons, avec $m$ en kilogrammes).
Lors d'un tir oblique sans frottement, le mouvement de la projection horizontale du projectile est :
- A. uniformément accéléré
- B. rectiligne et uniforme
- C. rectiligne et ralenti
- D. circulaire et uniforme
Réponse
B. rectiligne et uniforme — Le champ de pesanteur est vertical, donc $a_{x} = 0$ : la composante horizontale de la vitesse reste constante et la projection horizontale a un mouvement rectiligne uniforme.
La trajectoire d'un projectile lancé obliquement dans un champ de pesanteur uniforme est :
- A. une droite verticale
- B. un arc de cercle
- C. une portion de parabole
- D. une courbe sinusoïdale
Réponse
C. une portion de parabole — L'équation de la trajectoire est un polynôme du second degré en $x$ : $y = - \frac{g}{2 v_{0}^{2} \cos^{2} α} x^{2} + x \tan α + y_{0}$ , donc une portion de parabole.
Deux billes de masses différentes sont lâchées de la même hauteur, sans frottement. Alors :
- A. elles touchent le sol au même instant
- B. la plus lourde touche le sol avant
- C. la plus légère touche le sol avant
- D. l'ordre dépend de leur volume
Réponse
A. elles touchent le sol au même instant — L'accélération $\vec{a} = \vec{g}$ ne dépend pas de la masse, et les conditions initiales sont identiques : les deux équations horaires sont les mêmes, donc la durée de chute aussi.
Au sommet de la trajectoire d'un tir oblique, le vecteur vitesse du projectile est :
- A. nul dans tous les cas
- B. vertical et dirigé vers le haut
- C. vertical et dirigé vers le bas
- D. horizontal et non nul
Réponse
D. horizontal et non nul — Seule la composante verticale s'annule au sommet ; la composante horizontale $v_{0} \cos α$ ne change jamais. Le vecteur vitesse est donc horizontal et de valeur $v_{0} \cos α$ .

Niveau moyen — 8 questions

Une bille est lâchée sans vitesse initiale. Au bout de $2, 00$ s de chute libre, la valeur de sa vitesse est d'environ :
- A. 4,91 m·s⁻¹
- B. 9,81 m·s⁻¹
- C. 19,6 m·s⁻¹
- D. 39,2 m·s⁻¹
Réponse
C. 19,6 m·s⁻¹ — $v = g t = 9, 81 \times 2, 00 = 19, 6$ m·s⁻¹. Attention à ne pas confondre avec la distance parcourue, qui vaut $\frac{1}{2} g t^{2}$ .
En chute libre sans vitesse initiale, la distance parcourue pendant les $3, 00$ premières secondes vaut :
- A. 44,1 m
- B. 29,4 m
- C. 14,7 m
- D. 88,3 m
Réponse
A. 44,1 m — $d = \frac{1}{2} g t^{2} = 0, 5 \times 9, 81 \times 9, 00 = 44, 1$ m. La réponse $29, 4$ m correspondrait à $g t$ , c'est-à-dire à une vitesse.
Un objet lâché sans vitesse initiale atteint le sol à $25, 0$ m·s⁻¹. La hauteur de chute valait :
- A. 12,7 m
- B. 63,7 m
- C. 15,9 m
- D. 31,9 m
Réponse
D. 31,9 m — De $v = \sqrt{2 g h}$ on tire $h = \frac{v^{2}}{2 g} = \frac{625}{19, 62} = 31, 9$ m.
Un projectile part à $10, 0$ m·s⁻¹ avec un angle de $60 °$ . La composante horizontale de sa vitesse initiale vaut :
- A. 8,66 m·s⁻¹
- B. 5,00 m·s⁻¹
- C. 10,0 m·s⁻¹
- D. 0 m·s⁻¹
Réponse
B. 5,00 m·s⁻¹ — $v_{0 x}$ $= v_{0} \cos α$ $= 10, 0 \times \cos 60 °$ $= 10, 0 \times 0, 500$ $= 5, 00$ m·s⁻¹. La valeur $8, 66$ m·s⁻¹ est la composante verticale.
Un ballon est lancé verticalement vers le haut à $8, 00$ m·s⁻¹. La durée de la montée vaut :
- A. 0,815 s
- B. 1,63 s
- C. 0,408 s
- D. 2,45 s
Réponse
A. 0,815 s — Au sommet $v_{y} = 0$ , donc $t_{s} = \frac{v_{0}}{g} = \frac{8, 00}{9, 81} = 0, 815$ s. La valeur $1, 63$ s est la durée du vol complet (montée et descente).
Un objet est lancé horizontalement à $5, 0$ m·s⁻¹ depuis une hauteur de $0, 80$ m. Il touche le sol à :
- A. 0,40 m du départ
- B. 4,0 m du départ
- C. 2,0 m du départ
- D. 1,0 m du départ
Réponse
C. 2,0 m du départ — Verticalement : $t_{c} = \sqrt{\frac{2 \times 0, 80}{9, 81}} = 0, 404$ s. Horizontalement : $x = 5, 0 \times 0, 404 = 2, 0$ m.
L'équation de la trajectoire d'un projectile est $y = - 0, 040 x^{2} + 0, 72 x$ (en mètres). L'abscisse du sommet vaut :
- A. 18 m
- B. 9,0 m
- C. 4,5 m
- D. 0,72 m
Réponse
B. 9,0 m — Le sommet d'une parabole $a x^{2} + b x$ est atteint en $x = - \frac{b}{2 a} = \frac{0, 72}{2 \times 0, 040} = 9, 0$ m, c'est-à-dire à la moitié de la portée.
Pour cette même trajectoire $y = - 0, 040 x^{2} + 0, 72 x$ , la flèche du tir vaut :
- A. 6,48 m
- B. 7,20 m
- C. 1,62 m
- D. 3,24 m
Réponse
D. 3,24 m — On remplace $x$ par l'abscisse du sommet : $y$ $= - 0, 040 \times 81 + 0, 72 \times 9, 0$ $= - 3, 24 + 6, 48$ $= 3, 24$ m.

Niveau difficile — 8 questions

Un parachutiste en chute, parachute fermé, a atteint sa vitesse limite. Est-il en chute libre ?
- A. Oui, puisqu'il ne touche aucun support
- B. Oui, puisque son poids reste constant
- C. Oui, tant qu'il descend verticalement
- D. Non, car les frottements de l'air ne sont plus négligeables
Réponse
D. Non, car les frottements de l'air ne sont plus négligeables — À vitesse limite, la somme des forces est nulle donc $\vec{a} = \vec{0} \neq \vec{g}$ : les frottements équilibrent le poids. Le modèle de la chute libre ne s'applique pas.
Sans frottement, la durée de chute d'un objet lâché sans vitesse initiale dépend :
- A. de sa masse et de la hauteur de chute
- B. de la hauteur de chute et de $g$ seulement
- C. de sa masse seulement
- D. de sa forme et de sa masse
Réponse
B. de la hauteur de chute et de $g$ seulement — $t_{c} = \sqrt{\frac{2 h}{g}}$ : ni la masse ni la forme n'interviennent, puisque la masse se simplifie dans $m \vec{g} = m \vec{a}$ .
Deux tirs de même vitesse initiale, à $20 °$ et à $70 °$ sur terrain horizontal, donnent :
- A. la même portée mais des flèches différentes
- B. la même portée et la même flèche
- C. des portées différentes et la même flèche
- D. la même durée de vol et la même portée
Réponse
A. la même portée mais des flèches différentes — $x_{p} = \frac{v_{0}^{2} \sin (2 α)}{g}$ et $\sin 140 ° = \sin 40 °$ : les portées sont égales. En revanche la flèche $\frac{v_{0}^{2} \sin^{2} α}{2 g}$ et la durée de vol croissent avec l'angle.
Au sommet de la trajectoire d'un tir oblique, le vecteur accélération du projectile :
- A. est nul puisque la vitesse est minimale
- B. change de sens
- C. vaut $g$ et reste dirigé vers le bas
- D. devient horizontal
Réponse
C. vaut $g$ et reste dirigé vers le bas — Le bilan des forces est identique en tout point du vol : $\vec{a} = \vec{g}$ à chaque instant. C'est justement cette accélération qui fait passer $v_{y}$ du positif au négatif.
Une bille lâchée et une bille lancée horizontalement, depuis la même hauteur et sans frottement :
- A. la seconde met plus de temps à tomber
- B. touchent le sol au même instant
- C. la seconde met moins de temps à tomber
- D. touchent le sol au même endroit
Réponse
B. touchent le sol au même instant — Les mouvements horizontal et vertical sont indépendants : l'équation verticale $y (t) = - \frac{1}{2} g t^{2} + h$ est la même dans les deux cas, donc la durée de chute aussi. Seul le point d'impact diffère.
Sur une planète où $g$ est quatre fois plus faible que sur Terre, la durée de chute d'une pierre lâchée d'une hauteur donnée est :
- A. quatre fois plus grande
- B. identique
- C. quatre fois plus petite
- D. deux fois plus grande
Réponse
D. deux fois plus grande — $t_{c} = \sqrt{\frac{2 h}{g}}$ varie comme $\frac{1}{\sqrt{g}}$ : diviser $g$ par 4 multiplie la durée par $\sqrt{4} = 2$ .
Entre deux points voisins d'une chute libre, le vecteur variation de vitesse $Δ \vec{v}$ est :
- A. tangent à la trajectoire
- B. dirigé vers le centre de courbure
- C. vertical, vers le bas, de valeur $g Δ t$
- D. nul si la trajectoire est parabolique
Réponse
C. vertical, vers le bas, de valeur $g Δ t$ — Comme $Δ \vec{v} = \vec{a} Δ t = \vec{g} Δ t$ , ce vecteur est colinéaire à $\vec{g}$ : vertical, vers le bas, de valeur $g Δ t$ .
Pour appliquer la deuxième loi de Newton sous la forme $\sum {\vec{F}}_{e x t} = m \vec{a}$ , le référentiel choisi doit :
- A. être supposé galiléen
- B. être lié au système étudié
- C. être en rotation uniforme
- D. être nécessairement héliocentrique
Réponse
A. être supposé galiléen — La deuxième loi de Newton n'est valable que dans un référentiel galiléen. Pour une chute de quelques secondes, le référentiel terrestre convient très bien.

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