Ressources · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Interactions : modéliser une action par une force
Action mécanique et force, caractéristiques et représentation à l’échelle ; diagramme objet-interactions et bilan des forces ; principe des actions réciproques ; forces exercées par un support et par un fil ; force d’interaction gravitationnelle et son écriture vectorielle ; poids, intensité de la pesanteur et g = G × M ÷ R².
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
Quelle est l’unité de la valeur d’une force ?
- A. le kilogramme (kg)
- B. le newton (N)
- C. le joule (J)
- D. le newton par kilogramme (N/kg)
Réponse
B. le newton (N) — La valeur d’une force s’exprime en newtons (N) ; le kilogramme est l’unité de la masse, le joule celle de l’énergie.
Laquelle de ces actions est une action à distance ?
- A. la poussée d’une main sur une porte
- B. l’action d’un doigt sur une corde de guitare
- C. l’action du sol sur un pied
- D. l’action de la Terre sur la Lune
Réponse
D. l’action de la Terre sur la Lune — La Terre attire la Lune sans la toucher : action gravitationnelle, à distance. Les trois autres exigent un contact.
Quelles sont les quatre caractéristiques d’une force ?
- A. point d’application, direction, sens, valeur
- B. masse, direction, sens, vitesse
- C. point d’application, masse, durée, valeur
- D. direction, vitesse, durée, sens
Réponse
A. point d’application, direction, sens, valeur — Une force est représentée par un vecteur : point d’application, direction (droite d’action), sens et valeur en newtons.
Quelles sont la direction et le sens du poids d’un objet ?
- A. horizontale, vers le nord
- B. perpendiculaire au sol, vers le haut
- C. verticale, vers le bas
- D. verticale, vers le haut
Réponse
C. verticale, vers le bas — Le poids est porté par la verticale du lieu et dirigé vers le centre de l’astre, donc vers le bas.
Dans un diagramme objet-interactions, une interaction de contact est représentée par…
- A. un trait en pointillés
- B. une flèche double
- C. un trait plein
- D. un cercle autour de l’objet
Réponse
C. un trait plein — Trait plein pour une interaction de contact, trait en pointillés pour une interaction à distance.
Si A exerce sur B la force F(A/B), le principe des actions réciproques donne…
- A. F(B/A) = −F(A/B)
- B. F(B/A) = F(A/B)
- C. F(B/A) = vecteur nul
- D. F(B/A) = 2 × F(A/B)
Réponse
A. F(B/A) = −F(A/B) — Les deux forces ont même droite d’action, même valeur et des sens opposés : ce sont des vecteurs opposés.
La force exercée par un fil tendu sur un objet est…
- A. verticale vers le bas, au point d’attache
- B. perpendiculaire au fil, vers l’objet
- C. toujours égale au poids de l’objet
- D. selon le fil, de l’objet vers le fil
Réponse
D. selon le fil, de l’objet vers le fil — Un fil tire l’objet selon sa propre direction ; la force s’applique au point d’attache, de l’objet vers le fil.
La masse d’un objet…
- A. dépend de l’astre où il se trouve
- B. est la même en tout lieu
- C. s’exprime en newtons
- D. devient nulle en orbite
Réponse
B. est la même en tout lieu — La masse mesure la quantité de matière : elle ne dépend pas du lieu, contrairement au poids.
La force d’interaction gravitationnelle entre deux corps est…
- A. une répulsion entre corps légers
- B. nulle entre corps immobiles
- C. toujours une attraction
- D. dirigée vers le haut
Réponse
C. toujours une attraction — Deux corps s’attirent toujours : la force exercée par A sur B est dirigée de B vers A. Très faible entre objets du quotidien, elle n’est jamais nulle ni répulsive.
L’intensité de la pesanteur g s’exprime en…
- A. newtons par kilogramme (N/kg)
- B. newtons (N)
- C. kilogrammes par newton (kg/N)
- D. joules par kilogramme (J/kg)
Réponse
A. newtons par kilogramme (N/kg) — P = m × g, donc g = P ÷ m s’exprime en N/kg (9,81 N/kg sur Terre).
Sans frottement, la force exercée par un support sur un objet est…
- A. parallèle au support
- B. perpendiculaire au support
- C. toujours verticale
- D. toujours nulle
Réponse
B. perpendiculaire au support — Sans frottement, le support ne peut que repousser l’objet perpendiculairement à la surface de contact.
Le poids d’un objet posé sur le sol, sur Terre, est la force exercée par…
- A. le sol sur l’objet
- B. l’objet sur la Terre
- C. l’air sur l’objet
- D. la Terre sur l’objet
Réponse
D. la Terre sur l’objet — Le poids a pour acteur la Terre et pour receveur l’objet. La force du sol est une autre force, de contact.
Niveau moyen ★★ — 12 questions
Quel est le poids sur Terre d’un objet de masse 3,2 kg (g = 9,81 N/kg) ?
- A. 0,326 N
- B. 3,2 N
- C. 31,4 N
- D. 314 N
Réponse
C. 31,4 N — P = m × g = 3,2 × 9,81 ≈ 31,4 N. Diviser par g donnerait 0,326, ce qui n’a pas de sens ici.
Sur Terre (g = 9,81 N/kg), un objet a un poids de 58,9 N. Sa masse vaut…
- A. 6,00 kg
- B. 578 kg
- C. 58,9 kg
- D. 0,167 kg
Réponse
A. 6,00 kg — m = P ÷ g = 58,9 ÷ 9,81 ≈ 6,00 kg. Multiplier par g donnerait 578, absurde.
Deux élèves de masses 64,0 kg et 49,0 kg ont leurs centres distants de 0,750 m. La force gravitationnelle entre eux vaut (G = 6,67 × 10⁻¹¹ SI)…
- A. 3,72 × 10⁻⁷ N
- B. 2,79 × 10⁻⁷ N
- C. 3,72 × 10⁻¹¹ N
- D. 1,34 × 10⁻⁸ N
Réponse
A. 3,72 × 10⁻⁷ N — F = 6,67 × 10⁻¹¹ × 64,0 × 49,0 ÷ 0,750² ≈ 3,72 × 10⁻⁷ N. Oublier le carré donne 2,79 × 10⁻⁷ N ; garder d en cm donne 3,72 × 10⁻¹¹ N.
Sur Europe, satellite de Jupiter, g = 1,31 N/kg. Le poids d’un objet de 8,0 kg y vaut…
- A. 6,11 N
- B. 78,5 N
- C. 1,31 N
- D. 10,5 N
Réponse
D. 10,5 N — P = m × g = 8,0 × 1,31 ≈ 10,5 N. 78,5 N serait son poids sur Terre ; 6,11 vient d’une division.
À l’échelle 1 cm pour 30 N, une flèche de 4,5 cm représente une force de valeur…
- A. 6,67 N
- B. 135 N
- C. 34,5 N
- D. 0,150 N
Réponse
B. 135 N — Chaque centimètre représente 30 N : 4,5 × 30 = 135 N.
À l’échelle 1 cm pour 250 N, une force de 1 750 N est représentée par une flèche de…
- A. 4,4 cm
- B. 0,14 cm
- C. 70 cm
- D. 7,0 cm
Réponse
D. 7,0 cm — Longueur = valeur ÷ échelle = 1 750 ÷ 250 = 7,0 cm.
Un pied de table exerce sur le sol une force de 120 N, verticale, vers le bas. Le sol exerce sur ce pied…
- A. 120 N vers le bas
- B. 120 N vers le haut
- C. 60 N vers le haut
- D. 0 N, car la table est immobile
Réponse
B. 120 N vers le haut — Actions réciproques : même valeur, 120 N, et sens opposé, vers le haut, que la table soit immobile ou non.
Sur un astre, un objet de 5,00 kg a un poids de 2,25 N. L’intensité de la pesanteur y vaut…
- A. 11,3 N/kg
- B. 2,22 N/kg
- C. 0,45 N/kg
- D. 2,25 N/kg
Réponse
C. 0,45 N/kg — g = P ÷ m = 2,25 ÷ 5,00 = 0,45 N/kg. 11,3 vient d’une multiplication, 2,22 de la division inverse (m ÷ P).
Rhéa, une lune de Saturne, a une masse de 2,31 × 10²¹ kg et un rayon de 7,64 × 10⁵ m. L’intensité de la pesanteur à sa surface vaut…
- A. 2,02 × 10⁵ N/kg
- B. 2,64 N/kg
- C. 0,0264 N/kg
- D. 0,264 N/kg
Réponse
D. 0,264 N/kg — g = 6,67 × 10⁻¹¹ × 2,31 × 10²¹ ÷ (7,64 × 10⁵)² ≈ 0,264 N/kg. Sans le carré, on obtient 2,02 × 10⁵, valeur absurde.
La Terre exerce sur un satellite une force de 2 400 N. Avec u, vecteur unitaire orienté du centre de la Terre vers le satellite, cette force s’écrit…
- A. F = 2 400 × u (en N)
- B. F = −2 400 × u (en N)
- C. F = −u
- D. F = 2 400 N, sans vecteur
Réponse
B. F = −2 400 × u (en N) — La force attire le satellite vers la Terre, à l’opposé de u : F = −2 400 × u, en newtons.
Un satellite est à 630 km d’altitude. La distance à utiliser dans la loi de la gravitation (rayon terrestre 6 370 km) vaut…
- A. 630 km
- B. 5 740 km
- C. 7 000 km
- D. 6 370 km
Réponse
C. 7 000 km — d se compte depuis le centre de la Terre : 6 370 + 630 = 7 000 km, à convertir en mètres.
Deux rochers de 300 kg et de 900 kg sont posés à la surface de la Lune. La force exercée par la Lune sur le second est…
- A. 3 fois plus grande
- B. la même
- C. 9 fois plus grande
- D. 3 fois plus petite
Réponse
A. 3 fois plus grande — À la même distance du centre de la Lune, la force est proportionnelle à la masse du rocher : 900 ÷ 300 = 3, donc 3 fois plus grande.
Niveau difficile ★★★ — 12 questions
Un objet a un poids de 29,4 N sur Terre (g = 9,81 N/kg). Sur la Lune (g = 1,62 N/kg), son poids vaut…
- A. 29,4 N
- B. 47,6 N
- C. 18,1 N
- D. 4,86 N
Réponse
D. 4,86 N — La masse ne change pas : m = 29,4 ÷ 9,81 ≈ 3,00 kg ; sur la Lune, P = 3,00 × 1,62 ≈ 4,86 N. 47,6 et 18,1 viennent de calculs faits directement sur 29,4 N.
Le Soleil et une comète s’attirent. Que peut-on dire des deux forces ?
- A. le Soleil attire la comète plus fort que l’inverse
- B. elles ont même valeur et des sens opposés
- C. la comète n’exerce aucune force sur le Soleil
- D. elles ont même valeur et même sens
Réponse
B. elles ont même valeur et des sens opposés — Principe des actions réciproques : même valeur, sens opposés, quelles que soient les masses. La formule de Newton est symétrique.
Une pomme pend à sa branche. La force réciproque du poids de la pomme est…
- A. la force exercée par la branche sur la pomme
- B. la force exercée par la pomme sur la branche
- C. la force exercée par la pomme sur la Terre
- D. le poids de la branche
Réponse
C. la force exercée par la pomme sur la Terre — Le poids est l’action de la Terre sur la pomme ; sa réciproque est l’action de la pomme sur la Terre. L’action de la branche appartient à une autre interaction.
La relation F = G × mA × mB ÷ d² s’applique à deux corps…
- A. à répartition sphérique de masse, d entre les centres
- B. quelconques, d étant la distance entre leurs surfaces
- C. uniquement lorsqu’ils sont en contact
- D. uniquement lorsque l’un d’eux est la Terre
Réponse
A. à répartition sphérique de masse, d entre les centres — La loi s’applique à des corps ponctuels ou à répartition sphérique de masse, avec d la distance entre leurs centres.
Dans quel cas l’expression P = m × g, avec la valeur de g au sol, devient-elle inadaptée ?
- A. dans un ascenseur au rez-de-chaussée
- B. pour un satellite à 25 000 km d’altitude
- C. pour un avion à 10 km d’altitude
- D. au sommet d’une très haute montagne
Réponse
B. pour un satellite à 25 000 km d’altitude — g varie comme 1 ÷ (R + h)² : l’écart est négligeable pour quelques kilomètres, énorme à 25 000 km, où g est environ 24 fois plus faible.
Un cerf-volant est retenu par sa ligne, tendue et inclinée, que tient un enfant au sol. La force exercée par la ligne sur le cerf-volant est…
- A. verticale, vers le bas
- B. horizontale, face au vent
- C. selon la ligne, vers l’enfant
- D. selon la ligne, vers le cerf-volant
Réponse
C. selon la ligne, vers l’enfant — Une ligne tendue tire le cerf-volant selon sa propre direction, de l’objet vers le fil, donc vers l’enfant : un fil ne pousse jamais.
Un caillou lancé vers un lac vient de quitter la main ; l’action de l’air est négligée. Avec combien d’objets interagit-il ?
- A. un seul : la Terre
- B. deux : la Terre et la main
- C. deux : la Terre et l’air
- D. aucun, il a été lancé
Réponse
A. un seul : la Terre — La main ne le touche plus : elle n’agit plus. L’air est négligé. Seule reste l’interaction à distance avec la Terre.
À l’altitude h = R (rayon terrestre), le poids d’un objet, comparé à son poids au sol, est…
- A. divisé par 2
- B. inchangé
- C. multiplié par 4
- D. divisé par 4
Réponse
D. divisé par 4 — La distance au centre vaut 2R : elle double, donc la force est divisée par 2² = 4.
Un élève calcule la force entre deux boules de 5,0 kg dont les centres sont à 20 cm, mais il écrit d = 20. Son résultat est…
- A. 10⁴ fois trop petit
- B. 10⁴ fois trop grand
- C. 100 fois trop petit
- D. correct
Réponse
A. 10⁴ fois trop petit — Avec d = 20 au lieu de 0,20 m, d² vaut 400 au lieu de 0,04 : le dénominateur est 10⁴ fois trop grand, le résultat 10⁴ fois trop petit.
Un carton est immobile sur un sol horizontal. Son poids et la force exercée par le sol…
- A. sont deux forces réciproques
- B. se compensent, mais ne sont pas réciproques
- C. n’ont pas la même valeur
- D. s’exercent sur deux objets différents
Réponse
B. se compensent, mais ne sont pas réciproques — Les deux forces s’exercent sur le carton et se compensent. La réciproque du poids s’exerce sur la Terre ; celle de la force du sol, sur le sol.
Avec u, vecteur unitaire orienté du centre de la Terre vers l’objet, le vecteur g s’écrit…
- A. g = G × M ÷ R² × u
- B. g = −G × M × m ÷ R² × u
- C. g = −G × M ÷ R × u
- D. g = −G × M ÷ R² × u
Réponse
D. g = −G × M ÷ R² × u — g pointe vers le centre de la Terre, à l’opposé de u, d’où le signe moins ; il ne dépend pas de m et contient R au carré.
Une planète A est 4 fois plus massive qu’une planète B et son rayon est 2 fois plus grand. L’intensité de la pesanteur à la surface de A est…
- A. 4 fois plus grande
- B. 2 fois plus grande
- C. la même que sur B
- D. 2 fois plus petite
Réponse
C. la même que sur B — g = G × M ÷ R² : la masse multiplie par 4, le rayon au carré divise par 2² = 4. Les deux effets se compensent.
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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