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Physique-Chimie (2nde) · Classe de 2ⁿᵈᵉ

Forces et lois de Newton

Interactions, représentation des forces et principe d'inertie — programme de seconde générale

À propos de cette page
Cette évaluation sur « Forces et lois de Newton » en seconde permet de faire le point sur ses connaissances en physique-chimie (2nde), comme lors d'un véritable contrôle. Elle suit le programme officiel de seconde et propose plusieurs exercices notés sur 20, avec un corrigé détaillé. Au programme : Notion de force : définition et modélisation, Représentation vectorielle d'une force, Les différents types de forces, Principe d'inertie — première loi de Newton. Travaille seul, chronomètre-toi, puis compare tes réponses au corrigé pour identifier les points à revoir. Parfait pour mesurer ses progrès et réviser efficacement. Évaluation gratuite conçue par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de seconde en physique-chimie (2nde).
Évaluation finale · Niveau difficile · Durée 45 min · Noté sur 20
45:00

Évaluation complète 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 pts
  1. Un livre de masse $m = 0{,}4\text{ kg}$ est posé sur une table horizontale.
  2. a) Listez toutes les forces qui s'exercent sur le livre et nommez l'objet qui les exerce.
  3. b) Représentez schématiquement ces forces sur un dessin (avec une échelle : $1\text{ cm} \leftrightarrow 2\text{ N}$). Calculez $P$ avec $g = 9{,}8\text{ N/kg}$.
  4. c) Justifiez que le livre est en équilibre.

Exercice 2 — Application de la 2e loi de Newton

/ 5 pts
  1. Une 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 $f = 600\text{ N}$.
  2. a) Calculez la résultante des forces horizontales.
  3. b) Calculez l'accélération de la voiture (en $\text{m/s}^2$).
  4. c) 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 pts
  1. Une pierre de masse $m = 0{,}8\text{ kg}$ et de volume $V = 3 \times 10^{-4}\text{ m}^3$ est immergée dans l'eau ($\rho_{eau} = 1000\text{ kg/m}^3$, $g = 9{,}8\text{ N/kg}$).
  2. a) Calculez le poids de la pierre.
  3. b) Calculez la poussée d'Archimède $\Pi = \rho_{eau} \times V \times g$.
  4. c) La pierre coule-t-elle ou flotte-t-elle ? Justifiez avec un bilan de forces.

Exercice 4 — Troisième loi de Newton

/ 3 pts
  1. Un skateur de masse $m_1 = 60\text{ kg}$ pousse sur un mur avec une force de $F = 150\text{ N}$.
  2. a) D'après la 3e loi de Newton, quelle est la force exercée par le mur sur le skateur ?
  3. b) Le mur ne bouge pas. Pourquoi le skateur, lui, recule-t-il ?
  4. c) 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 pts
  1. Un 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 $g = 9{,}8\text{ N/kg}$, $\sin(20°) = 0{,}342$, $\cos(20°) = 0{,}940$.
  2. a) Calculez le poids du bloc.
  3. b) Calculez la composante du poids parallèle au plan : $P_{//} = P\sin\theta$.
  4. c) Calculez la réaction normale : $N = P\cos\theta$.
  5. d) Quelle est la valeur du frottement $f$ qui maintient le bloc en équilibre sur le plan ?
✓Corrigé détaillé

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).

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