Lycée · 1ʳᵉ · Spécialité Physique-Chimie
Lois de Newton
Principe d'inertie, relation fondamentale et interactions — Mouvement et interactions (Spécialité 1re)
À propos de cette page
Calculatrice interdite · Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.
Devoir surveillé de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.
Exercice 1 — Principe d'inertie — analyse de situations
/ 4 pts- Une bille roule sur un sol horizontal sans frottement à 4 m/s. Quel est l'état du mouvement de la bille selon la 1re loi de Newton ? Justifier.
- Un avion vole en ligne droite à altitude et vitesse constantes. Donner le bilan des forces et conclure sur leur résultante.
- Un glaçon glisse sur une table avec frottement et finit par s'arrêter. La première loi est-elle violée ? Expliquer.
Exercice 2 — Relation fondamentale de la dynamique
/ 5 pts- Un traîneau de masse m = 40 kg est tiré sur la neige horizontale par une force F = 120 N. La force de frottement est f = 40 N. Calculer l'accélération du traîneau.
- Le traîneau part du repos. Calculer sa vitesse après 6 s.
- Calculer la distance parcourue en 6 s.
Exercice 3 — Plan incliné avec frottement
/ 5 ptsUn bloc de masse m = 3 kg est posé sur un plan incliné à θ = 35° par rapport à l'horizontale. Le coefficient de frottement cinétique est μ = 0,25. g = 10 m/s².
a) Calculer la réaction normale N.
- Calculer la force de frottement f.
- Calculer l'accélération du bloc (en supposant qu'il glisse vers le bas du plan).
Exercice 4 — Troisième loi et système de deux objets
/ 3 pts- Un cheval tire une remorque de 800 kg avec une force de 2400 N. La remorque exerce-t-elle une force sur le cheval ? Si oui, préciser sa valeur et sa direction.
- La remorque avance à vitesse croissante. Les frottements exercent 400 N sur la remorque. Calculer l'accélération de la remorque.
Exercice 5 — Chute avec résistance de l'air
/ 3 ptsUne balle de masse m = 0,05 kg tombe dans un fluide avec une résistance f = 0,25 v (v en m/s, f en N). g = 10 m/s².
a) Écrire l'équation du mouvement (a en fonction de v).
- Calculer la vitesse limite.
- Quelle est l'accélération de la balle lorsque sa vitesse vaut 1 m/s ?
Corrigé détaillé — à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie
Exercice 1 — Principe d'inertie — analyse de situations
Corrigé :
1. Sans frottement, Σ⃗F = ⃗0 : la bille est en MRU à 4 m/s indéfiniment (1re loi).
2. Forces : poids ⃗P (bas), poussée d'Archimède et portance ⃗Pa (haut), traction ⃗T (avant), traînée ⃗f (arrière). Vitesse constante → Σ⃗F = ⃗0 : P = Pa et T = f.
3. Non : la 1re loi s'applique si Σ⃗F = ⃗0. Ici le frottement est une force non nulle → la résultante est non nulle → décélération (2e loi). La 1re loi n'est pas violée, elle ne s'applique simplement pas (système non pseudo-isolé).
Exercice 2 — Relation fondamentale de la dynamique
Corrigé :
1. Σ Fx = F - f = 120 - 40 = 80 N. RFD : a = 80/40 = 2 m/s².
2. v = v₀ + at = 0 + 2 × 6 = 12 m/s.
3. d = v₀t + ½at² = 0 + ½ × 2 × 36 = 36 m.
Exercice 3 — Plan incliné avec frottement
Corrigé :
a) Axe ⊥ plan : N = mg cos(35°) = 3 × 10 × cos(35°) ≈ 3 × 10 × 0,819 = 24,6 N.
b) f = μN = 0,25 × 24,6 ≈ 6,15 N (s'oppose au glissement, donc dirigée vers le haut du plan).
c) Axe le long du plan (positif vers le bas) : Σ F = mg sin(35°) - f = 3×10×0,574 - 6,15 = 17,2 - 6,15 = 11,05 N → a = 11,05/3 ≈ 3,68 m/s² vers le bas du plan.
Exercice 4 — Troisième loi et système de deux objets
Corrigé :
1. Oui, par la 3e loi de Newton, la remorque tire le cheval vers l'arrière avec 2400 N (même norme, sens opposé).
2. RFD sur la remorque : Σ F = 2400 - 400 = 2000 N → a = 2000/800 = 2,5 m/s².
Exercice 5 — Chute avec résistance de l'air
Corrigé :
a) RFD (axe vers le bas) : mg - kv = ma → a = g - (k/m)v = 10 - (0,25/0,05)v = 10 - 5v.
b) vlim : a = 0 → 10 - 5v = 0 → vlim = 2 m/s.
c) a(1) = 10 - 5×1 = 5 m/s².
Ce contrôle de spécialité physique-chimie 1ʳᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Lois de Newton » : 5 exercices, 60 minutes, noté sur 20. Le corrigé détaillé est dépliable sous le sujet.
- Exercice 1 — Principe d'inertie — analyse de situations/ 4 pts
- Exercice 2 — Relation fondamentale de la dynamique/ 5 pts
- Exercice 3 — Plan incliné avec frottement/ 5 pts
- Exercice 4 — Troisième loi et système de deux objets/ 3 pts
- Exercice 5 — Chute avec résistance de l'air/ 3 pts
Notions évaluées
Rappels : forces et vecteurs, Première loi de Newton : le principe d'inertie, Deuxième loi de Newton : la relation fondamentale de la dynamique, Troisième loi de Newton : les actions réciproques, Méthode de résolution d'un problème de dynamique, Applications : chute verticale avec et sans frottements.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours.
- Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
- Se tester avec le QCM (37 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 60 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
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Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « Lois de Newton » ?
- 60 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé détaillé se déplie sous le sujet, à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 60 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
- Ce sujet suit-il le programme de spécialité physique-chimie de première ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Lois de Newton » du programme officiel de spécialité physique-chimie en première, soit Rappels : forces et vecteurs, Première loi de Newton : le principe d'inertie, Deuxième loi de Newton : la relation fondamentale de la dynamique, Troisième loi de Newton : les actions réciproques.
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