Ressources · 1ʳᵉ · Spécialité Physique-Chimie
Forces et approche de la deuxième loi de Newton
Bilan des forces, somme vectorielle et projections ; principe d’inertie ; approche de la deuxième loi de Newton pour estimer une force à partir d’un mouvement filmé ; prévoir une variation de vitesse, rôle de la masse et simulation en Python ; principe des actions réciproques.
À propos de cette page
Les 36 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 ★ — 12 questions
Unité de la valeur d’une force dans le Système international :
- A. le kilogramme (kg)
- B. le newton-mètre (N·m)
- C. le newton (N)
- D. le joule (J)
Réponse
C. le newton (N) — Une force s’exprime en newtons ; le kilogramme est l’unité de masse et le joule celle de l’énergie.
Relation entre le poids P, la masse m et l’intensité de pesanteur g :
- A. P = m ÷ g
- B. P = m × g
- C. P = g ÷ m
- D. P = m + g
Réponse
B. P = m × g — Le poids est le produit de la masse par g : une masse de 1,0 kg a un poids de 9,81 N sur Terre.
Le principe d’inertie est vérifié dans un référentiel :
- A. galiléen
- B. en rotation rapide
- C. qui freine fortement
- D. quelconque, sans condition
Réponse
A. galiléen — Les référentiels galiléens sont justement ceux où le principe d’inertie est vérifié ; le référentiel terrestre convient pour les expériences de courte durée.
Une action mécanique exercée sur un système est modélisée par :
- A. une masse, en kilogrammes
- B. un nombre positif sans unité
- C. une longueur lue sur le schéma
- D. un vecteur : direction, sens, valeur
Réponse
D. un vecteur : direction, sens, valeur — Une force est un vecteur, avec un point d’application, une direction, un sens et une valeur en newtons.
D’après le principe des actions réciproques, pour deux corps A et B en interaction :
- A. la force du plus lourd est la plus grande
- B. F⃗(A/B) = −F⃗(B/A), au contact ou à distance
- C. les deux forces s’exercent sur le même corps
- D. ces deux forces n’existent qu’au contact
Réponse
B. F⃗(A/B) = −F⃗(B/A), au contact ou à distance — Même droite d’action, même valeur, sens opposés, à tout instant et quelles que soient les masses, au contact comme à distance.
Un objet est immobile sur une table horizontale. Dans le référentiel terrestre, on peut affirmer que :
- A. son poids est nul puisqu’il ne tombe pas
- B. aucune force ne s’exerce sur lui
- C. la réaction de la table dépasse son poids
- D. les forces exercées sur lui se compensent
Réponse
D. les forces exercées sur lui se compensent — Immobile dans un référentiel galiléen : la somme des forces est nulle ; le poids et la réaction de la table ont la même valeur.
Le vecteur variation de vitesse entre deux instants t et t′ est :
- A. Δv⃗ = v⃗(t′) − v⃗(t)
- B. Δv⃗ = v⃗(t′) + v⃗(t)
- C. Δv⃗ = v⃗(t) × (t′ − t)
- D. Δv⃗ = v⃗(t) − v⃗(t′)
Réponse
A. Δv⃗ = v⃗(t′) − v⃗(t) — Arrivée moins départ, en vecteurs : v⃗(t′) − v⃗(t). L’ordre inverse donnerait le sens opposé.
Valeur de l’intensité de la pesanteur à la surface de la Terre :
- A. environ 1,62 N·kg⁻¹
- B. environ 0,981 N·kg⁻¹
- C. environ 9,81 N·kg⁻¹
- D. environ 98,1 N·kg⁻¹
Réponse
C. environ 9,81 N·kg⁻¹ — On retient g = 9,81 N·kg⁻¹ sur Terre ; 1,62 N·kg⁻¹ est la valeur sur la Lune.
D’après l’approche de la deuxième loi de Newton, la somme des forces a :
- A. la direction et le sens de v⃗
- B. la direction et le sens de Δv⃗
- C. le sens opposé à celui de Δv⃗
- D. une direction perpendiculaire à Δv⃗
Réponse
B. la direction et le sens de Δv⃗ — ΣF⃗ ≈ m Δv⃗ ÷ Δt, avec m et Δt positifs : même direction et même sens que Δv⃗, pas forcément que v⃗.
Une même somme des forces agit pendant la même durée sur deux systèmes de masses différentes. La variation de vitesse est :
- A. la même pour les deux
- B. plus grande pour le plus lourd
- C. plus grande pour le plus léger
- D. nulle pour le plus lourd
Réponse
C. plus grande pour le plus léger — Δv ≈ ΣF × Δt ÷ m : plus la masse est petite, plus la variation de vitesse est grande.
Dans le bilan des forces d’un système, on fait figurer :
- A. les forces exercées par le système
- B. les forces extérieures exercées sur lui
- C. les forces entre ses propres parties
- D. toutes les forces citées par l’énoncé
Réponse
B. les forces extérieures exercées sur lui — Seules les forces extérieures exercées sur le système, une par acteur extérieur, figurent dans le bilan.
Sur un plan incliné d’un angle α, la composante du poids parallèle à la pente vaut :
- A. m × g × cos α
- B. m × g
- C. m × g × tan α
- D. m × g × sin α
Réponse
D. m × g × sin α — Parallèlement à la pente, c’est mg sin α ; perpendiculairement au plan, mg cos α.
Niveau moyen ★★ — 12 questions
Poids d’un objet de 6,0 kg sur Terre (g = 9,81 N·kg⁻¹) :
- A. 47,1 N
- B. 58,9 N
- C. 0,61 N
- D. 6,0 N
Réponse
B. 58,9 N — P = m × g = 6,0 × 9,81 = 58,86 N, soit 58,9 N, vertical vers le bas.
Un ressort de raideur 50 N·m⁻¹ est allongé de 4,0 cm. Il exerce une force de :
- A. 200 N
- B. 12,5 N
- C. 0,80 N
- D. 2,0 N
Réponse
D. 2,0 N — F = k × Δℓ avec Δℓ en mètres : 50 × 0,040 = 2,0 N. Garder les centimètres donne 200 N.
Un mobile de 2,0 kg passe en ligne droite de 6,0 à 9,0 m·s⁻¹ en 1,5 s. La somme des forces vaut environ :
- A. 4,0 N
- B. 3,0 N
- C. 12 N
- D. 1,0 N
Réponse
A. 4,0 N — Δv ÷ Δt = 3,0 ÷ 1,5 = 2,0 m·s⁻², donc ΣF ≈ 2,0 × 2,0 = 4,0 N, dans le sens du mouvement.
Une palette chargée, tirée par un transpalette manuel, avance en ligne droite à vitesse constante ; la traction horizontale vaut 45 N. Les frottements valent :
- A. 0 N, car elle ne ralentit pas
- B. 45 N, dans le sens du mouvement
- C. 45 N, opposés au mouvement
- D. plus de 45 N, opposés au mouvement
Réponse
C. 45 N, opposés au mouvement — Mouvement rectiligne uniforme : les forces se compensent ; les frottements valent 45 N et sont opposés à la traction.
Un skieur de 60 kg est arrêté sur une pente de 10°. La composante de son poids parallèle à la pente vaut environ :
- A. 589 N
- B. 580 N
- C. 58,9 N
- D. 102 N
Réponse
D. 102 N — mg sin α = 60 × 9,81 × sin 10° ≈ 102 N ; 580 N correspond au cosinus, 589 N au poids entier.
Le vecteur variation de vitesse d’un système est vertical, vers le bas. La somme des forces est :
- A. horizontale, dans le sens du mouvement
- B. verticale, vers le bas
- C. verticale, vers le haut
- D. nulle si la vitesse reste constante
Réponse
B. verticale, vers le bas — La somme des forces a la direction et le sens de Δv⃗ : verticale, vers le bas.
Un objet de 0,80 kg subit une somme des forces de 6,4 N pendant 0,25 s. Sa variation de vitesse vaut environ :
- A. 0,13 m·s⁻¹
- B. 20 m·s⁻¹
- C. 2,0 m·s⁻¹
- D. 8,0 m·s⁻¹
Réponse
C. 2,0 m·s⁻¹ — Δv ≈ ΣF × Δt ÷ m = 6,4 × 0,25 ÷ 0,80 = 2,0 m·s⁻¹, dans le sens de la somme des forces.
Deux forces horizontales de 12 N et 5,0 N, de sens opposés, s’exercent sur un système. Leur somme vaut :
- A. 7,0 N, dans le sens de la force de 12 N
- B. 17 N, dans le sens de la force de 12 N
- C. 7,0 N, dans le sens de la force de 5,0 N
- D. 0 N, puisqu’elles sont opposées
Réponse
A. 7,0 N, dans le sens de la force de 12 N — Même direction, sens opposés : 12 − 5,0 = 7,0 N, dans le sens de la plus grande.
Dans un programme Python qui simule un mouvement, la ligne qui applique la relation approchée est :
- A. v = F/m
- B. v = v + F*m*dt
- C. v = v + m/F*dt
- D. v = v + F/m*dt
Réponse
D. v = v + F/m*dt — Δv ≈ (ΣF ÷ m) × Δt : la nouvelle vitesse est l’ancienne augmentée de F/m*dt.
En 0,10 s, le vecteur vitesse d’un système de 2,0 kg varie de Δv⃗ (0,30 ; −0,40) en m·s⁻¹. La somme des forces vaut environ :
- A. 10 N
- B. 5,0 N
- C. 14 N
- D. 1,0 N
Réponse
A. 10 N — Δv⃗ ÷ Δt a pour coordonnées (3,0 ; −4,0) m·s⁻², de norme 5,0 m·s⁻² ; ΣF ≈ 2,0 × 5,0 = 10 N. On n’additionne pas les coordonnées.
Deux forces perpendiculaires, de 3,0 N et 4,0 N, s’exercent sur un système. Leur somme vaut :
- A. 7,0 N
- B. 1,0 N
- C. 5,0 N
- D. 12 N
Réponse
C. 5,0 N — Forces perpendiculaires : la somme vaut √(3,0² + 4,0²) = √25 = 5,0 N ; on n’additionne pas les valeurs.
Une pomme de 0,20 kg tombe d’un arbre. La pomme exerce sur la Terre une force d’environ :
- A. 0 N, la Terre est trop lourde
- B. 2,0 N, dirigée vers la pomme
- C. 2,0 N, vers le centre de la Terre
- D. 2,0 × 10⁻²⁴ N, vers la pomme
Réponse
B. 2,0 N, dirigée vers la pomme — Actions réciproques : même valeur que le poids de la pomme, 0,20 × 9,81 ≈ 1,96 N, mais dirigée de la Terre vers la pomme.
Niveau difficile ★★★ — 12 questions
Une goutte de pluie tombe en ligne droite à vitesse constante. On peut affirmer que :
- A. l’action de l’air compense son poids
- B. son poids est devenu nul
- C. la somme des forces est vers le bas
- D. aucune force ne s’exerce plus sur elle
Réponse
A. l’action de l’air compense son poids — Mouvement rectiligne uniforme : somme nulle ; l’action de l’air, vers le haut, a la même valeur que le poids.
Les deux forces du principe des actions réciproques :
- A. se compensent toujours, quelle que soit la situation
- B. s’exercent toutes les deux sur le même système
- C. s’exercent sur deux systèmes et ne se compensent jamais
- D. ont des valeurs différentes si les masses diffèrent
Réponse
C. s’exercent sur deux systèmes et ne se compensent jamais — On n’additionne que des forces exercées sur un même système ; ces deux forces s’appliquent à deux corps différents.
Un skateur, lancé vers le haut d’une pente droite, s’arrête un instant avant de redescendre (frottements négligés). À cet instant :
- A. la somme des forces est nulle, car v = 0
- B. la somme des forces est vers le bas de la pente
- C. la vitesse et Δv⃗ sont tous deux nuls
- D. la somme des forces est vers le haut de la pente
Réponse
B. la somme des forces est vers le bas de la pente — La vitesse s’annule un instant, pas sa variation : le poids et la réaction de la pente ne se compensent pas, leur somme, mg sin α, est dirigée vers le bas de la pente, comme Δv⃗.
Un système a un mouvement rectiligne uniforme dans un référentiel galiléen. Il :
- A. subit une force dans le sens du mouvement
- B. subit une somme non nulle qui entretient sa vitesse
- C. n’est soumis à aucune force extérieure
- D. est soumis à des forces qui se compensent
Réponse
D. est soumis à des forces qui se compensent — Sens réciproque du principe d’inertie : la somme est nulle. Des forces peuvent exister : elles se compensent.
Un chariot de 1,5 kg subit 3,0 N pendant 0,50 s ; chargé à 4,5 kg, il subit 3,0 N pendant 1,5 s. Les variations de vitesse sont :
- A. égales, 1,0 m·s⁻¹ chacune
- B. 3 fois plus grande pour le chariot chargé
- C. 3 fois plus petite pour le chariot chargé
- D. 9 fois plus petite pour le chariot chargé
Réponse
A. égales, 1,0 m·s⁻¹ chacune — Δv ≈ ΣF × Δt ÷ m : 3,0 × 0,50 ÷ 1,5 = 1,0 m·s⁻¹ et 3,0 × 1,5 ÷ 4,5 = 1,0 m·s⁻¹ : la masse triple, mais la durée aussi.
Une voiture prend un virage avec une vitesse de valeur constante. On peut dire que :
- A. la somme des forces est nulle, la valeur ne change pas
- B. le principe d’inertie s’applique, le mouvement est uniforme
- C. Δv⃗ n’est pas nul, la somme des forces non plus
- D. Δv⃗ est dirigé vers l’extérieur du virage
Réponse
C. Δv⃗ n’est pas nul, la somme des forces non plus — La direction du vecteur vitesse change : Δv⃗, dirigé vers l’intérieur du virage, n’est pas nul, donc la somme des forces non plus.
Dans un train qui démarre, un passager se sent plaqué contre son dossier. La bonne explication :
- A. le dossier le pousse vers l’arrière
- B. le référentiel du train n’est pas galiléen
- C. son poids augmente pendant le démarrage
- D. une force le tire vers l’arrière du train
Réponse
B. le référentiel du train n’est pas galiléen — Aucun acteur ne le tire vers l’arrière. Dans le référentiel terrestre, le dossier le pousse vers l’avant pour lui faire suivre le train ; le référentiel du train, qui accélère, n’est pas galiléen.
Unité du quotient Δv ÷ Δt :
- A. le newton, car c’est une force
- B. le kilogramme-mètre
- C. le newton par mètre
- D. le m·s⁻², équivalent au N·kg⁻¹
Réponse
D. le m·s⁻², équivalent au N·kg⁻¹ — Des m·s⁻¹ divisés par des secondes donnent des m·s⁻². Comme ΣF ÷ m s’exprime en N·kg⁻¹, les deux unités sont identiques.
Deux amis en rollers, de 48 kg et de 72 kg, immobiles, se repoussent. Juste après, la vitesse du plus léger est, par rapport à celle de l’autre :
- A. 1,5 fois plus grande
- B. 1,5 fois plus petite
- C. la même
- D. 2,25 fois plus grande
Réponse
A. 1,5 fois plus grande — Mêmes forces opposées pendant la même durée : 48 × v(léger) = 72 × v(lourd), donc la vitesse du plus léger est 1,5 fois plus grande.
Sur une chronophotographie d’une balle lancée, m × Δv⃗ ÷ Δt est vertical, vers le bas, et égal au poids à 1 % près. On en conclut que :
- A. la balle est immobile
- B. la balle monte à vitesse constante
- C. l’action de l’air est négligeable
- D. la relation approchée est fausse ici
Réponse
C. l’action de l’air est négligeable — La somme des forces se réduit pratiquement au poids : l’action de l’air est négligeable sur cette portion de trajectoire.
Pendant la montée d’une balle lancée vers le haut, air négligé, la somme des forces est :
- A. vers le haut : c’est la force du lancer
- B. vers le bas : c’est le poids
- C. nulle tant que la balle monte
- D. vers le haut, puis nulle au sommet
Réponse
B. vers le bas : c’est le poids — Une fois lâchée, la main n’agit plus : seul le poids agit, vers le bas, et la balle ralentit en montant.
Pour une somme des forces constante, on calcule Δv⃗ sur une durée 2Δt au lieu de Δt. Δv⃗ est alors :
- A. inchangé
- B. deux fois plus petit
- C. quatre fois plus grand
- D. deux fois plus grand
Réponse
D. deux fois plus grand — Δv⃗ ≈ ΣF⃗ × Δt ÷ m est proportionnel à la durée : il double. Le quotient Δv⃗ ÷ Δt, lui, ne change pas.
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
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