Forces : modéliser une action et prévoir le mouvement

Complète avec le nom de la force usuelle.

1. Une lampe pend au bout de son fil électrique : le fil exerce sur elle une force appelée du fil.
   Un fil tendu exerce une tension, le long du fil.
2. La force exercée par la Terre sur un objet s’appelle son .
   Le poids : action à distance de la Terre, verticale, vers le bas.
3. Une étagère exerce sur un vase posé une force perpendiculaire à sa surface, appelée de l’étagère.
   Un support exerce une réaction, perpendiculaire au support.
4. Une pièce de monnaie lancée glisse sur une table puis s’arrête : la table exerce sur elle des opposés au mouvement.
   Les frottements du support sont parallèles au support et opposés au mouvement.
5. La force qui fait avancer un véhicule s’appelle la force .
   La force motrice, dans le sens du mouvement voulu (pour une voiture, la route pousse les roues motrices).

Donne la direction de chaque force : « verticale », « horizontale », « perpendiculaire à la pente » ou « parallèle à la pente ».

1. Un carton descend un toboggan à colis incliné. Direction de son poids :
   Le poids est toujours vertical, même sur une pente.
2. Direction de la réaction du toboggan sur ce carton :
   La réaction est perpendiculaire au support, ici la pente.
3. Direction des frottements du toboggan sur ce carton :
   Les frottements sont parallèles au support (vers le haut de la pente, opposés au mouvement).
4. Une grue soulève une benne de chantier avec un câble vertical. Direction de la tension du câble :
   La tension est dirigée le long du câble : verticale.
5. Un camping-car roule sur une route plate. Direction de la résistance de l’air :
   Même direction que le mouvement, donc horizontale, de sens opposé.

Donne le sens de chaque force : « haut », « bas », « avant » ou « arrière ».

1. Un spéléologue descend lentement le long de sa corde. Sens de la tension de la corde : vers le
   Un fil ne peut que tirer : la tension est vers le haut, même quand l’objet descend.
2. Une voiture recule sur un parking. Sens de la résistance de l’air sur elle : vers l’
   Elle s’oppose au mouvement ; la voiture va vers l’arrière, donc la résistance de l’air est vers l’avant de la voiture.
3. Une balle de volley monte vers le filet. Sens de son poids : vers le
   Le poids est toujours vers le bas, que la balle monte ou descende.
4. Un yo-yo remonte le long de sa ficelle. Sens de la tension de la ficelle : vers le
   La ficelle tire le yo-yo vers le haut, le long de la ficelle.
5. On ferme un tiroir : il glisse vers le fond du meuble. Sens des frottements des glissières sur le tiroir : vers l’ du meuble
   Les frottements s’opposent au mouvement : le tiroir va vers le fond, les frottements sont vers l’avant du meuble.

Combien de forces le système subit-il ? L’action de l’air est négligée, sauf mention contraire.

1. Un pot de fleurs posé sur un rebord de fenêtre : forces
   Son poids et la réaction du rebord : 2 forces.
2. Un enfant assis, immobile, sur le siège d’une balançoire suspendue par deux cordes, les mains sur les genoux : forces
   L’enfant touche seulement le siège : son poids et la réaction du siège, 2 forces. Les cordes tirent le siège, pas l’enfant.
3. Un pneu d’entraînement tiré par un rugbyman avec une corde, qui glisse sur la pelouse : forces
   Poids, réaction de la pelouse, frottements de la pelouse, tension de la corde : 4 forces.
4. Une feuille morte qui tombe en virevoltant (air non négligé) : forces
   Son poids et la résistance de l’air, importante pour un objet léger : 2 forces.
5. Un ballon de basket qui roule sur le parquet (frottements compris) : forces
   Poids, réaction du parquet et frottements du parquet : 3 forces.

Un grimpeur est suspendu, immobile, au bout de sa corde, sans toucher la paroi. On néglige l’air.

1. Le seul objet qui touche le grimpeur est la .
   Il ne touche ni la paroi ni le sol : seulement la corde, attachée à son baudrier.
2. Nombre de forces exercées sur le grimpeur :
   Son poids (la Terre, à distance) et la tension de la corde (contact) : 2 forces.
3. La tension de la corde est appliquée au point d’ de la corde.
   Une tension s’applique au point d’attache du fil, ici sur le baudrier.
4. La tension de la corde est verticale, vers le .
   La corde tire le grimpeur vers le haut.

Le schéma représente les forces exercées sur une poussette qui roule vers la droite sur un trottoir, à l’échelle « 1 carreau pour 40 N » : poids P, réaction R, poussée F des mains, frottements f.

1. Valeur du poids de la poussette : N
   La flèche P mesure 4 carreaux : 4 × 40 = 160 N.
2. Valeur de la poussée des mains : N
   La flèche F mesure 2 carreaux : 2 × 40 = 80 N.
3. Nombre de forces de contact sur ce schéma :
   Réaction, poussée et frottements : 3 forces de contact ; le poids agit à distance.
4. À l’échelle « 1 carreau pour 20 N », la flèche du poids mesurerait carreaux.
   160 ÷ 20 = 8 carreaux.

Complète. Les forces exercées sur chaque objet se compensent.

1. Une pastèque est posée sur un étal ; personne n’y touche et les forces qu’elle subit se compensent. Elle reste .
   Forces compensées : un objet immobile reste immobile.
2. Un objet en mouvement soumis à des forces qui se compensent avance en ligne droite et à vitesse .
   C’est le mouvement rectiligne uniforme : ligne droite, vitesse constante.
3. Une cage à oiseaux de 12 N pend, immobile, à un crochet par une chaînette. La tension de la chaînette vaut N.
   Immobile : la tension compense le poids, 12 N, vers le haut.
4. Une moissonneuse-batteuse avance tout droit dans un champ, à vitesse constante, avec une force motrice de 4 000 N. Les forces qui s’opposent au mouvement valent au total N.
   Rectiligne uniforme : elles compensent la force motrice, 4 000 N.

Chaque objet est immobile ou en mouvement rectiligne uniforme. Calcule la force demandée.

1. Un monte-charge monte à vitesse constante ; son poids, chargement compris, vaut 7 200 N. Tension du câble : N
   Rectiligne uniforme : la tension compense le poids, 7 200 N.
2. Deux bœufs tirent une charrue en ligne droite, à vitesse constante, avec 900 N chacun. Force de la terre sur la charrue, vers l’arrière : N
   Somme vers l’avant : 900 + 900 = 1 800 N ; elle est compensée par 1 800 N vers l’arrière.
3. Un quad roule à vitesse constante en ligne droite : frottements 240 N, résistance de l’air 160 N. Force motrice : N
   Somme vers l’arrière : 240 + 160 = 400 N ; la force motrice la compense.
4. Un pont roulant d’atelier soulève à vitesse constante un moteur de 9 000 N ; un ouvrier le guide avec une corde verticale, qu’il tire vers le bas avec 300 N. Tension du câble du pont roulant : N
   Somme vers le haut = somme vers le bas : T = 9 000 + 300 = 9 300 N.

Un chariot de manutention de 2 400 N roule en ligne droite à vitesse constante sur un sol horizontal. Un ouvrier le pousse vers l’avant avec 140 N ; un autre le tire vers l’avant avec une corde horizontale. Les frottements valent 230 N. On néglige l’air.

1. Réaction du sol : N
   Verticalement, les forces se compensent : la réaction vaut le poids, 2 400 N.
2. Tension de la corde : N
   Horizontalement : 140 + T = 230, donc T = 230 − 140 = 90 N.
3. Plus tard, le chariot est arrêté ; plus personne ne le pousse ni ne le tire. Frottements horizontaux exercés par le sol : N
   Immobile, sans autre force horizontale : rien à compenser, les frottements valent 0 N.

Écris « augmente », « diminue » ou « direction ».

1. Dans une descente, un cycliste cesse de freiner : la force qui l’emporte est dans le sens du mouvement. Sa vitesse .
   Force qui l’emporte dans le sens du mouvement : la vitesse augmente.
2. Une montgolfière monte à la verticale ; le pilote réduit la flamme et les forces vers le bas l’emportent. Sa vitesse de montée .
   La force qui l’emporte est vers le bas, opposée au mouvement : la vitesse diminue.
3. Une bille d’acier roule sur une table et passe près d’un aimant posé sur le côté de sa trajectoire. Sa vitesse change de .
   L’aimant agit de côté : la trajectoire se courbe, la vitesse change de direction.
4. Au décollage, la poussée des moteurs d’une fusée l’emporte sur son poids. Sa vitesse .
   La poussée l’emporte, vers le haut, dans le sens du mouvement : la vitesse augmente.

Un wagonnet roule vers la droite sur des rails droits et horizontaux. La force motrice vaut 800 N, vers la droite ; les frottements valent 500 N, vers la gauche.

1. Les forces horizontales ne se compensent pas : elles l’emportent de N.
   800 − 500 = 300 N.
2. Elles l’emportent vers la .
   La force la plus grande, 800 N, est vers la droite.
3. La vitesse du wagonnet .
   Les forces l’emportent dans le sens du mouvement : la vitesse augmente.
4. Plus tard, la force motrice tombe à 350 N ; les frottements valent toujours 500 N. La vitesse .
   500 − 350 = 150 N vers la gauche, opposés au mouvement : la vitesse diminue.

Réponds en un mot.

1. Un camion vide et le même camion chargé démarrent avec la même force motrice. Celui qui atteint 50 km/h le plus vite est le camion .
   Masse plus petite : sa vitesse change plus vite. Le camion vide (inertie plus faible).
2. Une pierre est lancée à l’horizontale du haut d’une falaise (air négligé). La seule force qui agit sur elle est son .
   Une fois lâchée, la pierre ne touche plus rien : seul son poids agit.
3. La trajectoire de cette pierre se courbe vers le .
   Le poids, vertical, agit de côté par rapport à la vitesse horizontale : la trajectoire se courbe vers le bas.
4. Une voiture prend un virage à gauche à vitesse de valeur constante. La force qui ne se compense pas est dirigée vers la .
   La trajectoire se courbe du côté de la force : vers la gauche, l’intérieur du virage.

Une sprinteuse court un 100 m. Complète avec « se compensent », « l’emportent » ou « opposé ».

1. Au départ, sa vitesse augmente : les forces dans le sens de la course .
   Vitesse qui augmente en ligne droite : les forces l’emportent dans le sens du mouvement.
2. Au milieu de la course, en ligne droite et à vitesse constante, les forces .
   Rectiligne uniforme : les forces se compensent.
3. Après la ligne, elle ralentit : la force qui l’emporte est de sens au mouvement.
   Vitesse qui diminue : la force qui l’emporte est de sens opposé au mouvement.

Sur une chronophotographie (intervalles de temps égaux), les écarts entre les positions alignées d’un chariot sont : 2 cm, 3 cm, 4 cm, 4 cm, 4 cm, 3 cm, 2 cm.

1. Pendant la phase où les écarts valent 2 cm, 3 cm puis 4 cm, la vitesse .
   Écarts qui grandissent : la vitesse augmente.
2. Pendant la phase où les écarts restent à 4 cm, le mouvement est rectiligne .
   Écarts égaux et alignés : mouvement rectiligne uniforme.
3. Pendant cette même phase, les forces .
   Rectiligne uniforme : les forces se compensent.
4. À la fin (écarts de 3 cm puis 2 cm), la force qui l’emporte est de sens au mouvement.
   La vitesse diminue : la force qui l’emporte est opposée au mouvement.

Un sauteur à l’élastique se lance d’un pont. On néglige l’air.

1. Avant que l’élastique ne se tende, nombre de forces qui agissent sur lui :
   Il ne touche rien : seul son poids agit (air négligé), 1 force, et sa vitesse augmente.
2. L’élastique commence à se tendre, mais sa tension reste plus petite que le poids : la vitesse .
   Le poids l’emporte encore, dans le sens du mouvement : la vitesse augmente.
3. Plus bas, la tension devient plus grande que le poids : la vitesse de descente .
   La tension l’emporte, vers le haut, opposée au mouvement : la vitesse diminue.
4. Au point le plus bas, sa vitesse est nulle un instant et la tension dépasse le poids : il repart vers le .
   La force qui l’emporte est vers le haut : il repart vers le haut.