Ressources · 3ᵉ · Physique
Forces : modéliser une action et prévoir le mouvement
Le vecteur force et les forces usuelles (poids, réaction, tension, frottements, résistance de l’air, force motrice), le bilan des forces, les forces qui se compensent (objet immobile ou en mouvement rectiligne uniforme), les forces qui ne se compensent pas (la vitesse change de valeur ou de direction) et l’explication d’un mouvement en plusieurs phases.
Approfondissement Ce chapitre va au-delà du programme officiel de 3ᵉ : utile pour aller plus loin ou anticiper.
À propos de cette page
Sujet et corrigé prêts à imprimer.
Devoir surveillé – Forces : modéliser une action et prévoir le mouvement
Durée : 55 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Physique 3ᵉ
Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.
Exercice 1 – La caisse sur la rampe ★★
(4 pts)Un livreur laisse glisser une caisse de pommes sur une rampe inclinée, de son camion jusqu’au trottoir. La caisse descend en ligne droite, à vitesse constante. On néglige l’action de l’air.
- a)Fais le bilan des forces exercées sur la caisse : nomme chaque force et l’objet qui l’exerce, en précisant si elle est de contact ou à distance.
- b)Donne la direction et le sens de chacune de ces forces.
- c)Les forces exercées sur la caisse se compensent-elles ? Justifie avec le principe d’inertie.
- d)Un élève dessine la réaction de la rampe verticale, vers le haut. Corrige son schéma.
Exercice 2 – La tondeuse ★★
(4 pts)Un jardinier pousse une tondeuse sur une pelouse horizontale, en ligne droite, à vitesse constante. On suppose sa poussée horizontale. Forces exercées sur la tondeuse : poids 250 N ; réaction de la pelouse ; poussée du jardinier 50 N ; frottements de l’herbe. On néglige l’air.
- a)Classe ces quatre forces en forces de contact et forces à distance.
- b)Calcule la valeur de la réaction et celle des frottements. Justifie.
- c)Donne la longueur de la flèche de chaque force à l’échelle 1 cm pour 50 N.
- d)Le jardinier pousse plus fort, avec 80 N ; les frottements valent toujours 50 N. Que devient la vitesse de la tondeuse ? Justifie.
Exercice 3 – Le remorquage ★★
(4 pts)Une dépanneuse remorque une voiture en panne avec un câble horizontal, sur une route droite et plate. Pour la voiture remorquée : poids 11 000 N ; frottements 400 N ; résistance de l’air 250 N.
- a)Fais le bilan des forces exercées sur la voiture remorquée.
- b)La voiture roule à vitesse constante. Calcule la tension du câble et la réaction de la route.
- c)La dépanneuse accélère : la tension du câble passe à 900 N ; frottements et résistance de l’air n’ont pas encore changé. Calcule de combien les forces horizontales l’emportent, et dans quel sens. Que fait la vitesse ?
- d)Le câble se détache. Que devient le mouvement de la voiture ? Justifie.
Exercice 4 – Le lancer du poids ★★★
(4 pts)Une athlète lance le poids, une boule de métal. Pendant la poussée, sa main accompagne la boule ; puis elle la lâche, et la boule suit une trajectoire courbe jusqu’au sable. On néglige l’action de l’air.
- a)Pendant la poussée, la vitesse de la boule augmente. Que peut-on dire des forces exercées sur elle ?
- b)Après le lâcher, fais le bilan des forces exercées sur la boule.
- c)Explique pourquoi la trajectoire de la boule se courbe vers le sol.
- d)La boule tombe dans le sable et s’arrête en quelques centimètres. Quelle force l’emporte alors, et dans quel sens ?
Exercice 5 – Un tour de kart ★★★
(4 pts)Sur une ligne droite, on relève la vitesse d’un kart :
| t (s) | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 |
| v (m/s) | 0 | 6 | 12 | 12 | 12 | 6 | 0 |
- a)Découpe le mouvement en trois phases et donne la nature du mouvement dans chacune.
- b)Pendant la deuxième phase, la force motrice vaut 150 N. Que valent ensemble les forces opposées au mouvement ? Justifie.
- c)Pendant la troisième phase, compare les forces vers l’avant et les forces vers l’arrière.
- d)Plus tard, le kart prend un virage à 12 m/s constants. Un élève affirme : « La vitesse ne change pas, donc les forces se compensent. » Corrige-le.
Bon courage !
Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).
Voir le corrigé et le barème
Corrigé et barème – Forces : modéliser une action et prévoir le mouvement
Durée : 55 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Physique 3ᵉ
Exercice 1 – La caisse sur la rampe ★★
(4 pts)- a)Trois forces : le poids (exercé par la Terre, à distance), la réaction de la rampe et les frottements de la rampe (de contact). (1)
- b)Poids : vertical, vers le bas. Réaction : perpendiculaire à la rampe, vers l’extérieur (vers le haut). Frottements : parallèles à la rampe, vers le haut de la rampe, opposés au mouvement. (1)
- c)Oui : la caisse est en mouvement rectiligne uniforme (ligne droite, vitesse constante), donc les forces qu’elle subit se compensent. (1)
- d)La réaction est perpendiculaire au support : sur la rampe inclinée, elle est perpendiculaire à la rampe, pas verticale. Elle n’est verticale que sur un support horizontal. (1)
Le point clé — le poids est toujours vertical ; la réaction est perpendiculaire au support ; les frottements sont parallèles au support.
Exercice 2 – La tondeuse ★★
(4 pts)- a)À distance : le poids. De contact : la réaction, la poussée et les frottements. (1)
- b)Mouvement rectiligne uniforme : les forces se compensent. Verticalement, réaction = poids = 250 N ; horizontalement, frottements = poussée = 50 N. (1)
- c)Poids et réaction : 250 ÷ 50 = 5 cm ; poussée et frottements : 50 ÷ 50 = 1 cm. (1)
- d)80 − 50 = 30 N vers l’avant : les forces l’emportent dans le sens du mouvement, la vitesse augmente. (1)
Méthode — vitesse constante en ligne droite : « somme vers le haut = somme vers le bas » et « somme vers l’avant = somme vers l’arrière ».
Exercice 3 – Le remorquage ★★
(4 pts)- a)Cinq forces : poids (Terre, à distance), réaction de la route, frottements de la route, résistance de l’air et tension du câble (de contact). (1)
- b)Rectiligne uniforme : tension = 400 + 250 = 650 N ; réaction = poids = 11 000 N. (1)
- c)900 − 650 = 250 N vers l’avant, dans le sens du mouvement : la vitesse augmente. (1)
- d)Il ne reste à l’horizontale que les frottements et la résistance de l’air, vers l’arrière, opposés au mouvement : la voiture ralentit jusqu’à s’arrêter. (1)
Erreur fréquente — oublier une des forces opposées au mouvement : la tension compense leur somme.
Exercice 4 – Le lancer du poids ★★★
(4 pts)- a)Elles ne se compensent pas : elles l’emportent dans le sens du mouvement (la poussée de la main l’emporte sur le poids). (1)
- b)Une seule force : son poids, vertical, vers le bas. La main ne la touche plus. (1)
- c)Le poids est vertical alors que la vitesse est oblique : la force agit de côté par rapport au mouvement, la direction de la vitesse change et la trajectoire se courbe vers le bas, du côté de la force. (1)
- d)L’action du sable, bien plus grande que le poids, l’emporte ; elle est opposée au mouvement de la boule, ce qui l’arrête. (1)
Le point clé — une force de côté change la direction de la vitesse ; une force opposée au mouvement la diminue.
Exercice 5 – Un tour de kart ★★★
(4 pts)- a)De 0 à 4 s : rectiligne accéléré (la vitesse augmente de 0 à 12 m/s). De 4 à 8 s : rectiligne uniforme (12 m/s). De 8 à 12 s : rectiligne ralenti (de 12 m/s à l’arrêt). (1)
- b)Rectiligne uniforme : les forces se compensent, donc les forces opposées au mouvement valent ensemble 150 N. (1)
- c)La vitesse diminue : les forces vers l’arrière l’emportent sur les forces vers l’avant. (1)
- d)Seule la valeur de la vitesse est constante : sa direction change dans le virage. Les forces ne se compensent pas ; celle qui l’emporte est dirigée vers l’intérieur du virage. (1)
Erreur fréquente — « vitesse constante » ne suffit pas : il faut aussi une ligne droite pour que les forces se compensent.
Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).
Ce contrôle de physique 3ᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Forces : modéliser une action et prévoir le mouvement » : 5 exercices, 55 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.
- Exercice 1 — La caisse sur la rampe ★★/ 4 pts
- Exercice 2 — La tondeuse ★★/ 4 pts
- Exercice 3 — Le remorquage ★★/ 4 pts
- Exercice 4 — Le lancer du poids ★★★/ 4 pts
- Exercice 5 — Un tour de kart ★★★/ 4 pts
Notions évaluées
Vecteur force, poids, réaction d’un support, tension d’un fil, frottements, résistance de l’air, force motrice, adhérence ; système, bilan des forces, force de contact, force à distance, schéma à l’échelle ; forces qui se compensent, somme des valeurs dans chaque sens, immobile, mouvement rectiligne uniforme, principe d’inertie ; forces qui ne se compensent pas, vitesse qui augmente, diminue, change de direction, inertie ; phases d’un mouvement, chronophotographie, vitesse limite.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours et la fiche de révision.
- Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
- Se tester avec le QCM (36 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 55 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
Voir tous les contrôles de physique 3ᵉ · tous les devoirs surveillés corrigés
Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « Forces : modéliser une action et prévoir le mouvement » ?
- 55 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 55 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 de troisième ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Forces : modéliser une action et prévoir le mouvement » du programme officiel de physique en troisième, soit : vecteur force (point d’application, direction, sens, valeur) ; forces usuelles : poids, réaction d’un support, tension d’un fil, frottements, résistance de l’air, force motrice ; bilan des forces exercées sur un système et schéma à une seule échelle ; forces qui se compensent sur chaque direction ; objet immobile ou en mouvement rectiligne uniforme ⇔ forces qui se compensent (principe d’inertie) ; forces qui ne se compensent pas : vitesse qui augmente, diminue ou change de direction ; inertie et masse, de façon qualitative ; mouvement en plusieurs phases, chronophotographie, vitesse limite d’un objet qui tombe.
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.
Prof de physique-chimie à Marseille · Cours particuliers au collège · Aide aux devoirs