Lycée · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Forces et lois de Newton
Interactions, représentation des forces et principe d'inertie — programme de seconde générale
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 — Caractériser les forces en présence
/ 4 ptsUn livre de masse $m = 0{,}4\text{ kg}$ est posé sur une table horizontale.
- Listez toutes les forces qui s'exercent sur le livre et nommez l'objet qui les exerce.
- Représentez schématiquement ces forces sur un dessin (avec une échelle : $1\text{ cm} \leftrightarrow 2\text{ N}$). Calculez $P$ avec $g = 9{,}8\text{ N/kg}$.
- Justifiez que le livre est en équilibre.
Exercice 2 — Application de la 2e loi de Newton
/ 5 ptsUne voiture de masse $m = 1200\text{ kg}$ démarre depuis l'arrêt. Le moteur exerce une force $F_{moteur} = 3600\text{ N}$. Les frottements totaux valent $f = 600\text{ N}$.
- Calculez la résultante des forces horizontales.
- Calculez l'accélération de la voiture (en $\text{m/s}^2$).
- La voiture atteint ensuite une vitesse de 72 km/h maintenue constante. Quelle est alors la valeur de la force motrice ?
Exercice 3 — Poids et poussée d'Archimède
/ 4 ptsUne pierre de masse $m = 0{,}8\text{ kg}$ et de volume $V = 3 \times 10^{-4}\text{ m}^3$ est immergée dans l'eau ($\rho_{eau} = 1000\text{ kg/m}^3$, $g = 9{,}8\text{ N/kg}$).
- Calculez le poids de la pierre.
- Calculez la poussée d'Archimède $\Pi = \rho_{eau} \times V \times g$.
- La pierre coule-t-elle ou flotte-t-elle ? Justifiez avec un bilan de forces.
Exercice 4 — Troisième loi de Newton
/ 3 ptsUn skateur de masse $m_1 = 60\text{ kg}$ pousse sur un mur avec une force de $F = 150\text{ N}$.
- D'après la 3e loi de Newton, quelle est la force exercée par le mur sur le skateur ?
- Le mur ne bouge pas. Pourquoi le skateur, lui, recule-t-il ?
- Calculez l'accélération du skateur juste après la poussée (on suppose qu'aucune autre force horizontale n'agit).
Exercice 5 — Plan incliné et équilibre
/ 4 ptsUn bloc de masse $m = 5\text{ kg}$ est posé sur un plan incliné faisant un angle $\theta = 20°$ avec l'horizontale. Le bloc est maintenu en équilibre par un frottement $f$ le long du plan. On donne $g = 9{,}8\text{ N/kg}$, $\sin(20°) = 0{,}342$, $\cos(20°) = 0{,}940$.
- Calculez le poids du bloc.
- Calculez la composante du poids parallèle au plan : $P_{//} = P\sin\theta$.
- Calculez la réaction normale : $N = P\cos\theta$.
- Quelle est la valeur du frottement $f$ qui maintient le bloc en équilibre sur le plan ?
Corrigé détaillé — à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie
Exercice 1 — Caractériser les forces en présence
Corrigé :
a) Deux forces : le poids $\vec{P}$ exercé par la Terre sur le livre (vertical, vers le bas) et la réaction du support $\vec{N}$ exercée par la table sur le livre (verticale, vers le haut).
b) $P = mg = 0{,}4 \times 9{,}8 = 3{,}92\text{ N}$. Avec l'échelle 1 cm → 2 N, chaque flèche mesure $3{,}92/2 \approx 2\text{ cm}$.
c) Le livre est immobile, donc d'après le principe d'inertie, la résultante est nulle : $\vec{P} + \vec{N} = \vec{0}$, soit $N = P = 3{,}92\text{ N}$.
Exercice 2 — Application de la 2e loi de Newton
Corrigé :
a) $\Sigma F = F_{moteur} - f = 3600 - 600 = 3000\text{ N}$.
b) $a = \frac{\Sigma F}{m} = \frac{3000}{1200} = 2{,}5\text{ m/s}^2$.
c) À vitesse constante, le mouvement est rectiligne uniforme → résultante nulle. Donc $F_{moteur} = f = 600\text{ N}$.
Exercice 3 — Poids et poussée d'Archimède
Corrigé :
a) $P = mg = 0{,}8 \times 9{,}8 = 7{,}84\text{ N}$.
b) $\Pi = 1000 \times 3 \times 10^{-4} \times 9{,}8 = 2{,}94\text{ N}$.
c) $\Pi = 2{,}94\text{ N} < P = 7{,}84\text{ N}$ : la résultante $P - \Pi = 4{,}9\text{ N}$ est dirigée vers le bas → la pierre coule.
Exercice 4 — Troisième loi de Newton
Corrigé :
a) Le mur exerce sur le skateur une force de $150\text{ N}$ dans la direction opposée à la poussée (vers l'arrière du skateur), de même valeur — 3e loi de Newton.
b) Le mur est ancré dans le sol, soumis à des forces de réaction bien supérieures à 150 N ; sa résultante est nulle. Le skateur, lui, n'est retenu par rien horizontalement → il accélère.
c) $a = \frac{F}{m_1} = \frac{150}{60} = 2{,}5\text{ m/s}^2$ vers l'arrière.
Exercice 5 — Plan incliné et équilibre
Corrigé :
a) $P = mg = 5 \times 9{,}8 = 49\text{ N}$.
b) $P_{//} = 49 \times 0{,}342 = 16{,}76\text{ N}$ (le long du plan, vers le bas).
c) $N = 49 \times 0{,}940 = 46{,}06\text{ N}$ (perpendiculaire au plan, vers l'extérieur).
d) Équilibre sur le plan : $f = P_{//} = 16{,}76\text{ N}$ (dirigé vers le haut du plan, s'opposant à la descente).
Ce contrôle de physique-chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Forces et lois de Newton » : 5 exercices, 45 minutes, noté sur 20. Le corrigé détaillé est dépliable sous le sujet.
- Exercice 1 — Caractériser les forces en présence/ 4 pts
- Exercice 2 — Application de la 2e loi de Newton/ 5 pts
- Exercice 3 — Poids et poussée d'Archimède/ 4 pts
- Exercice 4 — Troisième loi de Newton/ 3 pts
- Exercice 5 — Plan incliné et équilibre/ 4 pts
Notions évaluées
Notion de force : définition et modélisation, Représentation vectorielle d'une force, Les différents types de forces, Principe d'inertie — première loi de Newton, Deuxième loi de Newton : $\vec{\Sigma F} = m\vec{a}$, Troisième loi de Newton : action-réaction.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours.
- Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
- Se tester avec le QCM (36 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 45 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 « Forces et lois de Newton » ?
- 45 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 45 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 physique-chimie (2nde) de seconde ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Forces et lois de Newton » du programme officiel de physique-chimie (2nde) en seconde, soit Notion de force : définition et modélisation, Représentation vectorielle d'une force, Les différents types de forces, Principe d'inertie — première loi de Newton.
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