Ressources · 4ᵉ · Physique · Devoir surveillé bilan

Devoir surveillé : mouvements et interactions : référentiel, vitesse, actions mécaniques et forces

Maths 4ᵉ · un devoir qui mélange 2 chapitres, en 3 niveaux : ★ les bases, ★★ niveau DS classique, ★★★ pour aller plus loin. Sujets et corrigés détaillés, à faire en temps limité puis à corriger.

Niveau ★les basesNiveau ★★niveau DS classiqueNiveau ★★★pour aller plus loin

⬇ Sujet niveau ★ (PDF) ⬇ Corrigé niveau ★ (PDF)

Sujet et corrigé prêts à imprimer.

Niveau ★ les bases · Durée 55 min · Noté sur 20

55:00

benprofparticulier.frPhysique · 4ᵉ

Devoir surveillé – mouvements et interactions : référentiel, vitesse, actions mécaniques et forces — niveau ★

Durée : 55 min – Calculatrice autorisée – Sur 20 points · Physique 4ᵉ

Nom : Date : Note : / 20

Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.

Exercice 1 – Le service au volley

(4 pts)

Au service, Inès tient le ballon immobile dans sa main gauche et le frappe de la main droite : le ballon s’écrase un instant contre sa main, puis part au-dessus du filet. De l’autre côté, le ballon descend à la verticale vers Hugo, qui le renvoie droit vers le haut avec ses avant-bras.

a)Pour l’action de la main droite d’Inès sur le ballon, nomme l’acteur et le receveur. Est-ce une action de contact ou à distance ? Justifie.
b)Cite les deux effets de cette action sur le ballon. Justifie chacun avec l’énoncé.
c)Pendant son vol, quel objet agit sur le ballon à distance ? De quel type d’action s’agit-il ? Quel autre objet agit sur lui par contact pendant le vol ?
d)Quel est l’effet de l’action des avant-bras de Hugo sur le ballon ? Parmi la direction, le sens et la valeur de la vitesse du ballon, laquelle a forcément changé ? Justifie.

Exercice 2 – Sur la péniche

(4 pts)

Une péniche avance en ligne droite sur un canal, à 1,5 m/s par rapport à la berge. Léa est assise sur le pont ; son sac est posé à côté d’elle sur le pont, sans qu’elle le tienne. Son frère Sami marche sur le pont vers l’avant de la péniche, à 1,2 m/s par rapport à la péniche. Sur le chemin qui longe le canal, leur père roule à vélo dans le même sens, à 4,5 m/s par rapport au sol.

a)Donne la vitesse de Léa dans le référentiel de la péniche, puis dans le référentiel terrestre. Justifie.
b)Calcule la vitesse de Sami dans le référentiel terrestre. Que vaudrait-elle s’il marchait à la même allure vers l’arrière de la péniche ?
c)Le père double la péniche. Dans le référentiel de la péniche, à quelle vitesse le père avance-t-il ? Justifie.
d)Fais l’inventaire des objets qui agissent sur le sac (on néglige l’action de l’air), en précisant pour chacun « contact » ou « à distance », puis trace le diagramme objet-interaction du sac.

Exercice 3 – La chronophotographie du robot

(4 pts)

Un robot aspirateur avance en ligne droite sur le carrelage, puis heurte le pied d’une chaise, qui l’arrête net. Sur la chronophotographie de son trajet, une position est enregistrée toutes les 0,5 s, de M0 à M4. L’échelle du document est : 1 cm sur le document représente 10 cm en réalité. Sur le document, deux positions successives sont toujours écartées de 1,5 cm.

a)Quelle distance réelle sépare deux positions successives du robot ? Déduis-en la nature de son mouvement dans le référentiel terrestre. Justifie.
b)Combien de temps le robot met-il pour aller de M0 à M4 ? Justifie.
c)Calcule la vitesse du robot entre M0 et M4, en cm/s puis en m/s.
d)Quel objet arrête le robot ? Est-ce une action de contact ou à distance ? Quel est son effet sur le mouvement du robot ?

Exercice 4 – La lanterne au dynamomètre

(4 pts)

En TP, Yanis règle sur zéro un dynamomètre de calibre 10 N, puis y accroche une lanterne. Entre deux nombres entiers de la graduation, il y a 5 petits intervalles. La lanterne s’immobilise : l’index est sur la troisième petite graduation après 4 N. On néglige l’action de l’air.

a)Que vaut une petite graduation ? Quelle valeur le dynamomètre indique-t-il ? Justifie par un calcul.
b)Convertis cette valeur en millinewtons (mN), puis en kilonewtons (kN).
c)La lanterne immobile subit deux forces. Écris leur notation, puis explique pourquoi la force exercée par la Terre sur la lanterne a la même valeur que celle qu’indique le dynamomètre.
d)Donne les quatre caractéristiques de la force exercée par la Terre sur la lanterne. À l’échelle « 1 cm pour 2 N », quelle est la longueur de sa flèche ?

Exercice 5 – La sortie en car

(4 pts)

Pour une sortie scolaire, le car part du collège à 8 h 10. Il roule d’abord 108 km sur une voie rapide, à 90 km/h de moyenne. Les élèves font ensuite une pause de 18 min sur une aire de repos. Le car roule enfin 20 km sur une petite route, à 40 km/h de moyenne, jusqu’au musée.

a)Calcule la durée de chaque étape en heures, puis en heures et minutes.
b)À quelle heure le car arrive-t-il au musée ? Justifie.
c)Calcule la vitesse moyenne du car sur tout le trajet, du départ à l’arrivée.
d)Sur la voie rapide, à 90 km/h, le chauffeur voit un obstacle et met 1,2 s à réagir avant de freiner. Quelle distance le car parcourt-il pendant ce temps de réaction ?

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

benprofparticulier.frPhysique · 4ᵉ

Corrigé et barème – mouvements et interactions : référentiel, vitesse, actions mécaniques et forces — niveau ★

Durée : 55 min – Calculatrice autorisée – Sur 20 points · Physique 4ᵉ

Exercice 1 – Le service au volley

(4 pts)

a)Acteur : la main droite d’Inès ; receveur : le ballon (0,5 pt). Action de contact : la main touche le ballon. (0,5 pt) (1)
b)Déformation : le ballon s’écrase un instant contre la main (0,5 pt). Mise en mouvement : le ballon était immobile, il part au-dessus du filet. (0,5 pt) (1)
c)La Terre (0,5 pt pour la Terre et le type) : attraction gravitationnelle, action à distance. L’air agit par contact : il touche le ballon et le freine. (0,5 pt) (1)
d)Modification du mouvement (0,5 pt). C’est le sens qui a forcément changé : le ballon allait vers le bas, il repart vers le haut ; la direction reste la verticale (la valeur peut changer ou non, l’énoncé ne le dit pas). (0,5 pt) (1)

Méthode — pour toute action, on écrit « l’action de … sur … », puis on se demande si les deux objets se touchent ; l’air agit par contact, même si on ne le voit pas.

Exercice 2 – Sur la péniche

(4 pts)

a)Dans le référentiel de la péniche : 0 m/s, Léa ne bouge pas par rapport au pont (0,5 pt). Dans le référentiel terrestre : 1,5 m/s, elle est emportée par la péniche. (0,5 pt) (1)
b)Même sens que la péniche : on ajoute, 1,5 + 1,2 = 2,7 m/s (0,5 pt). Vers l’arrière, sens contraire : on soustrait, 1,5 − 1,2 = 0,3 m/s : par rapport à la berge, Sami avancerait encore dans le sens de la péniche, mais lentement. (0,5 pt) (1)
c)Deux véhicules dans le même sens, l’un double l’autre : on fait la différence (0,5 pt), 4,5 − 1,5 = 3 m/s, vers l’avant. (0,5 pt) (1)
d)Le pont de la péniche touche le sac : contact ; la Terre l’attire sans le toucher : à distance ; Léa ne le touche pas, elle n’y figure pas (0,5 pt). Diagramme : le sac dans une bulle mise en valeur, relié au pont par un trait plein et à la Terre par un trait pointillé. (0,5 pt) (1)

Piège — le référentiel de la péniche n’est pas le référentiel terrestre : un passager assis y a une vitesse nulle, alors qu’il avance à 1,5 m/s par rapport à la berge.

Exercice 3 – La chronophotographie du robot

(4 pts)

a)1,5 × 10 = 15 cm (0,5 pt). Positions alignées et écarts égaux : mouvement rectiligne uniforme. (0,5 pt) (1)
b)De M0 à M4, il y a 5 positions mais 4 intervalles (0,5 pt) : 4 × 0,5 = 2 s. (0,5 pt) (1)
c)Distance : 4 × 15 = 60 cm ; v = 60 ÷ 2 = 30 cm/s (0,5 pt) ; 30 cm = 0,3 m, donc 0,3 m/s. (0,5 pt) (1)
d)Le pied de la chaise, par une action de contact : il touche le robot (0,5 pt). Effet : modification du mouvement, la vitesse du robot tombe à zéro. (0,5 pt) (1)

Erreur fréquente — compter les positions au lieu des intervalles : de M0 à M4, il y a 5 positions mais 4 intervalles de 0,5 s.

Exercice 4 – La lanterne au dynamomètre

(4 pts)

a)1 ÷ 5 = 0,2 N par petite graduation (0,5 pt) ; 4 + 3 × 0,2 = 4,6 N. (0,5 pt) (1)
b)4,6 × 1 000 = 4 600 mN (0,5 pt) ; 4,6 ÷ 1 000 = 0,004 6 kN. (0,5 pt) (1)
c)F_{dynamomètre/lanterne} et F_{Terre/lanterne} (0,5 pt). La lanterne est immobile et ne subit que ces deux forces : elles se compensent, donc elles ont la même valeur, 4,6 N. (0,5 pt) (1)
d)Point d’application : le centre de la lanterne ; direction : verticale ; sens : vers le bas ; valeur : 4,6 N (0,5 pt). Longueur : 4,6 ÷ 2 = 2,3 cm. (0,5 pt) (1)

Astuce — vers une unité plus petite (mN), le nombre grandit : on multiplie par 1 000 ; vers une unité plus grande (kN), il diminue : on divise par 1 000.

Exercice 5 – La sortie en car

(4 pts)

a)Voie rapide : t = d ÷ v = 108 ÷ 90 = 1,2 h ; 0,2 × 60 = 12 min, soit 1 h 12 min (0,5 pt). Petite route : 20 ÷ 40 = 0,5 h = 30 min. (0,5 pt) (1)
b)Durée totale, pause comprise : 1 h 12 min + 18 min + 30 min = 2 h (0,5 pt) ; 8 h 10 + 2 h = 10 h 10. (0,5 pt) (1)
c)Distance totale : 108 + 20 = 128 km ; durée totale : 2 h (0,5 pt) ; v = 128 ÷ 2 = 64 km/h. (0,5 pt) (1)
d)90 km/h = 90 ÷ 3,6 = 25 m/s (0,5 pt) ; d = v × t = 25 × 1,2 = 30 m. (0,5 pt) (1)

Erreur fréquente — lire 1,2 h comme « 1 h 20 min » : une durée en heures décimales se convertit en multipliant la partie décimale par 60, 0,2 h = 12 min.

⬇ Sujet niveau ★★ (PDF) ⬇ Corrigé niveau ★★ (PDF)

Sujet et corrigé prêts à imprimer.

Niveau ★★ niveau DS classique · Durée 55 min · Noté sur 20

55:00

benprofparticulier.frPhysique · 4ᵉ

Devoir surveillé – mouvements et interactions : référentiel, vitesse, actions mécaniques et forces — niveau ★★

Durée : 55 min – Calculatrice autorisée – Sur 20 points · Physique 4ᵉ

Nom : Date : Note : / 20

Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.

Exercice 1 – Problème — La tyrolienne

(4 pts)

Nina descend une tyrolienne : son harnais est accroché à une poulie qui roule sur un câble tendu, bien droit et incliné. Elle part sans vitesse du point de départ. On relève, toutes les 0,5 s, la distance qu’elle a parcourue le long du câble :

Position	M0	M1	M2	M3	M4	M5	M6
Distance parcourue (m)	0	0,25	1,0	2,25	4,0	6,0	8,0

a)Calcule la vitesse moyenne de Nina entre M1 et M2, puis entre M5 et M6.
b)Décris le mouvement de Nina dans le référentiel terrestre, entre M0 et M4, puis entre M4 et M6. Justifie avec les écarts.
c)Entre M0 et M4, laquelle des trois caractéristiques de sa vitesse change ? Entre M4 et M6, sa vitesse est-elle constante ? Justifie.
d)Réalise le diagramme objet-interaction de Nina (on néglige l’action de l’air). Le câble agit-il directement sur Nina ? Justifie.

Exercice 2 – La palette de briques

(4 pts)

Sur un chantier, une palette chargée de briques est suspendue au bout du câble vertical d’une grue. Elle est d’abord immobile au-dessus du sol. La Terre attire la palette (avec ses briques) avec une force de 4,8 kN. On néglige l’action de l’air.

a)Réalise le diagramme objet-interaction de la palette chargée. La grue figure-t-elle dans ce diagramme ? Justifie.
b)Quelle force le câble exerce-t-il sur la palette immobile ? Décris-la complètement (notation, point d’application, direction, sens, valeur en newtons) et justifie sa valeur.
c)Sur son schéma, la cheffe de chantier représente cette force par une flèche de 6 cm. Quelle échelle a-t-elle choisie ? Avec cette échelle, quelle longueur aurait la flèche d’une force de 2 kN ?
d)Le câble hisse ensuite la palette de 18 m, à 0,4 m/s constants. Décris sa vitesse (direction, sens, valeur) et dis si elle est constante, puis calcule la durée de la montée.

Exercice 3 – Le départ en week-end

(4 pts)

La famille de Malik part à 9 h 40. Elle roule d’abord 1 h 30 min sur l’autoroute, à 120 km/h de moyenne, puis s’arrête 15 min. Elle fait enfin 54 km sur une route départementale, à 72 km/h de moyenne.

a)Quelle distance la famille parcourt-elle sur l’autoroute ?
b)Calcule la durée du trajet sur la départementale, en minutes. À quelle heure la famille arrive-t-elle ?
c)Calcule la vitesse moyenne du trajet entier, pause comprise, puis celle du temps passé à rouler (sans la pause).
d)Sur l’autoroute, à 117 km/h, la mère de Malik voit des feux de détresse et met 1,2 s à réagir. Sur cette route sèche, sa voiture freine ensuite sur 75 m. Calcule la distance d’arrêt. Pourquoi la distance de réaction se calcule-t-elle avec d = v × t, alors que la distance de freinage ne s’obtient pas en multipliant 117 km/h par la durée du freinage ?

Exercice 4 – Qui a raison ?

(4 pts)

Chaque élève donne son avis. Dis s’il a raison ou tort, et justifie avec le cours.

a)Léo, sur une route de montagne en lacets : « Le compteur affiche 50 km/h depuis dix minutes : la vitesse de la voiture n’a pas changé. »
b)Emma : « Un skieur descend une piste tout droit, de plus en plus vite. Personne ne le pousse : aucune action ne s’exerce sur lui. »
c)Jade : « Deux forces de 30 N s’exercent sur une caisse, l’une verticale vers le haut, l’autre horizontale vers la droite. Elles se compensent, puisqu’elles ont la même valeur. »
d)Hugo : « Je vois le Soleil se lever à l’est et se coucher à l’ouest : c’est la preuve que le Soleil tourne autour de la Terre immobile. »

Exercice 5 – La canette et le ballon

(4 pts)

Ambre frotte un ballon de baudruche sur ses cheveux, puis l’approche, sans la toucher, d’une canette vide couchée sur une table horizontale. La canette se met à rouler vers le ballon. Ambre recule lentement le ballon : la canette le suit en ligne droite. Ses positions, relevées toutes les 0,4 s sur une règle posée sur la table, sont : 0 cm ; 2 cm ; 5 cm ; 9 cm ; 14 cm.

a)Quelle action le ballon exerce-t-il sur la canette : de contact ou à distance ? De quel type ? Quel est son effet au début de l’expérience ?
b)Réalise le diagramme objet-interaction de la canette pendant qu’elle roule (on néglige l’action de l’air). La canette agit-elle, elle aussi, sur le ballon ? Justifie.
c)Calcule la vitesse moyenne de la canette entre les deux premières positions, puis entre les deux dernières, en cm/s. Déduis-en la nature de son mouvement.
d)Calcule la vitesse moyenne de la canette entre la première et la dernière position. Pourquoi n’est-ce pas sa vitesse à chaque instant ?

Bon courage !

Voir le corrigé et le barème

benprofparticulier.frPhysique · 4ᵉ

Corrigé et barème – mouvements et interactions : référentiel, vitesse, actions mécaniques et forces — niveau ★★

Durée : 55 min – Calculatrice autorisée – Sur 20 points · Physique 4ᵉ

Exercice 1 – Problème — La tyrolienne

(4 pts)

a)M1 → M2 : 1,0 − 0,25 = 0,75 m en 0,5 s, v = 0,75 ÷ 0,5 = 1,5 m/s (0,5 pt). M5 → M6 : 2,0 m en 0,5 s, v = 4 m/s. (0,5 pt) (1)
b)Écarts de 0,25 ; 0,75 ; 1,25 ; 1,75 m, qui grandissent : de M0 à M4, mouvement rectiligne accéléré (0,5 pt). Écarts de 2,0 m et 2,0 m, égaux : de M4 à M6, mouvement rectiligne uniforme. (0,5 pt) (1)
c)Entre M0 et M4, seule la valeur change : la direction (celle du câble) et le sens (vers le bas du câble) restent les mêmes (0,5 pt). Entre M4 et M6 : oui, direction, sens et valeur restent les mêmes, la vitesse est constante. (0,5 pt) (1)
d)Nina dans une bulle mise en valeur, reliée au harnais par un trait plein et à la Terre par un trait pointillé (0,5 pt). Non : le câble touche la poulie, pas Nina, et il n’agit pas à distance ; il n’est pas dans le diagramme de Nina. (0,5 pt) (1)

Méthode — pour décrire un mouvement, je calcule les écarts entre positions successives : égaux, il est uniforme ; de plus en plus grands, il est accéléré ; la trajectoire dit s’il est rectiligne.

Exercice 2 – La palette de briques

(4 pts)

a)La palette dans une bulle mise en valeur, reliée au câble par un trait plein et à la Terre par un trait pointillé (0,5 pt). La grue n’y figure pas : elle tient le câble, mais ne touche pas la palette. (0,5 pt) (1)
b)F_{câble/palette} : point d’application, le point d’attache du câble ; direction verticale ; sens vers le haut (0,5 pt) ; valeur 4 800 N (4,8 kN = 4,8 × 1 000 N), car la palette immobile ne subit que deux forces, qui se compensent. (0,5 pt) (1)
c)4 800 ÷ 6 = 800 : 1 cm pour 800 N (0,5 pt). 2 kN = 2 000 N ; 2 000 ÷ 800 = 2,5 cm. (0,5 pt) (1)
d)Direction verticale (celle du câble), sens vers le haut, valeur 0,4 m/s : les trois restent les mêmes, la vitesse est constante (mouvement rectiligne uniforme) (0,5 pt). t = d ÷ v = 18 ÷ 0,4 = 45 s. (0,5 pt) (1)

Erreur fréquente — garder les kilonewtons dans un calcul d’échelle exprimée en newtons : on convertit d’abord, 4,8 kN = 4 800 N.

Exercice 3 – Le départ en week-end

(4 pts)

a)1 h 30 min = 1,5 h (0,5 pt) ; d = v × t = 120 × 1,5 = 180 km. (0,5 pt) (1)
b)t = 54 ÷ 72 = 0,75 h = 0,75 × 60 = 45 min (0,5 pt). Durée totale : 1 h 30 min + 15 min + 45 min = 2 h 30 min ; arrivée à 12 h 10. (0,5 pt) (1)
c)Distance : 180 + 54 = 234 km. Pause comprise : 234 ÷ 2,5 = 93,6 km/h (0,5 pt). En roulant : 1,5 + 0,75 = 2,25 h ; 234 ÷ 2,25 = 104 km/h. (0,5 pt) (1)
d)117 km/h = 117 ÷ 3,6 = 32,5 m/s ; réaction : 32,5 × 1,2 = 39 m ; arrêt : 39 + 75 = 114 m (0,5 pt). Pendant la réaction, la vitesse reste la même (mouvement uniforme) : d = v × t s’applique ; pendant le freinage, elle diminue (mouvement ralenti). (0,5 pt) (1)

Piège — la vitesse moyenne du départ à l’arrivée compte les pauses : elle est plus faible que celle du temps passé à rouler.

Exercice 4 – Qui a raison ?

(4 pts)

a)Tort (0,5 pt). La valeur de la vitesse est restée la même (mouvement uniforme), mais dans les lacets la trajectoire tourne : la direction de la vitesse change, donc la vitesse n’est pas constante. (0,5 pt) (1)
b)Tort (0,5 pt). La Terre l’attire, à distance ; la neige et l’air le touchent, par contact. L’action de la Terre modifie son mouvement : la valeur de sa vitesse augmente. (0,5 pt) (1)
c)Tort (0,5 pt). Pour se compenser, deux forces doivent avoir la même direction, des sens opposés et la même valeur ; ici, l’une est verticale, l’autre horizontale. (0,5 pt) (1)
d)Tort (0,5 pt). Il décrit le mouvement dans le référentiel terrestre, où le Soleil se lève et se couche. Dans le référentiel héliocentrique, le Soleil est immobile : c’est la Terre qui tourne sur elle-même et autour de lui. Le mouvement dépend du référentiel. (0,5 pt) (1)

Méthode — pour trancher, je ramène chaque phrase à une règle du cours : les trois caractéristiques de la vitesse, la liste des actions (la Terre toujours), les conditions pour que deux forces se compensent, le référentiel.

Exercice 5 – La canette et le ballon

(4 pts)

a)Action à distance : le ballon ne touche pas la canette ; c’est une action électrique, le ballon a été électrisé par frottement (0,5 pt). Effet : mise en mouvement, la canette était immobile. (0,5 pt) (1)
b)La canette dans une bulle mise en valeur, reliée à la table par un trait plein, à la Terre et au ballon par des traits pointillés (0,5 pt). Oui : toute action est réciproque, la canette agit en retour sur le ballon, à distance ; ils sont en interaction (un trait = une interaction). (0,5 pt) (1)
c)Début : 2 ÷ 0,4 = 5 cm/s ; fin : (14 − 9) ÷ 0,4 = 5 ÷ 0,4 = 12,5 cm/s (0,5 pt). Écarts de 2, 3, 4 puis 5 cm sur une ligne droite : mouvement rectiligne accéléré. (0,5 pt) (1)
d)5 positions, 4 intervalles : 4 × 0,4 = 1,6 s ; v = 14 ÷ 1,6 = 8,75 cm/s (0,5 pt). La canette accélère : elle va moins vite au début (5 cm/s) et plus vite à la fin (12,5 cm/s) ; la vitesse moyenne résume le trajet en un seul nombre. (0,5 pt) (1)

Erreur fréquente — croire qu’une action ne va que dans un sens : si le ballon agit sur la canette, la canette agit aussi sur le ballon.

⬇ Sujet niveau ★★★ (PDF) ⬇ Corrigé niveau ★★★ (PDF)

Sujet et corrigé prêts à imprimer.

Niveau ★★★ pour aller plus loin · Durée 55 min · Noté sur 20

55:00

benprofparticulier.frPhysique · 4ᵉ

Devoir surveillé – mouvements et interactions : référentiel, vitesse, actions mécaniques et forces — niveau ★★★

Durée : 55 min – Calculatrice autorisée – Sur 20 points · Physique 4ᵉ

Nom : Date : Note : / 20

Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.

Exercice 1 – Problème — Le dépassement

(4 pts)

Sur une route droite à double sens, limitée à 90 km/h, une voiture roule à 90 km/h derrière un camion qui roule à 72 km/h. Pour le doubler, elle doit gagner 60 m sur lui (la longueur du camion et les distances de sécurité avant et après). Les deux vitesses restent constantes pendant tout le dépassement.

a)Dans le référentiel du camion, à quelle vitesse la voiture avance-t-elle ? Donne-la en km/h puis en m/s.
b)Combien de temps dure le dépassement ? Justifie le choix du référentiel.
c)Quelle distance la voiture parcourt-elle sur la route pendant le dépassement ? Vérifie ton résultat avec la distance parcourue par le camion.
d)Au moment où la voiture déboîte, une autre voiture arrive en face à 90 km/h, à 500 m d’elle. Le dépassement peut-il se faire sans danger ? Justifie par un calcul.

Exercice 2 – Enquête — Le kayak sur le lac

(5 pts)

Depuis un ponton, Lou filme son ami Théo qui part en kayak, en ligne droite, sur un lac sans courant. La caméra prend 25 images par seconde ; pour la chronophotographie, Lou ne garde qu’une image sur 10. Sur le document, le kayak, long de 3,6 m, mesure 4,5 cm. On a mesuré sur le document la position de l’avant du kayak, comptée à partir du bord du ponton :

Position	M0	M1	M2	M3	M4	M5
Sur le document (cm)	0	0,25	0,75	1,5	2,5	3,5

a)Quelle durée sépare deux positions successives de la chronophotographie ? Quelle est l’échelle du document ?
b)Calcule la vitesse de Théo entre M0 et M1, puis entre M3 et M5. Décris son mouvement dans le référentiel du ponton.
c)Pour avancer, Théo pousse l’eau vers l’arrière avec sa pagaie. Quel objet, en agissant sur la pagaie, fait avancer Théo et son kayak ? Explique.
d)Après M5, Théo garde la même vitesse jusqu’à une bouée située à 150 m du ponton. Combien de temps après M0 l’atteint-il ?
e)Dans le référentiel du kayak, quelle est la vitesse de Théo ? Et celle du ponton, après M3 ? Précise le sens.

Exercice 3 – Corriger une copie

(4 pts)

En TP, Noa suspend une bille d’acier au crochet d’un dynamomètre de calibre 5 N, réglé sur zéro. Entre 1 N et 2 N, il y a 10 petits intervalles ; l’index s’arrête sur la septième petite graduation après 1 N. Puis Noa décroche la bille au-dessus d’un bac de sable : elle tombe tout droit, de plus en plus vite. Les quatre réponses de Noa sont fausses : pour chacune, repère toutes les erreurs, explique-les et écris la réponse juste.

a)« Une petite graduation vaut 1 ÷ 10 = 0,1 N et l’index est 7 graduations après 1 N : le dynamomètre indique 1,07 N. »
b)« La bille est immobile : elle ne subit donc qu’une seule force, celle du dynamomètre. »
c)« F_Terre/bille : point d’application, le crochet ; direction, vers le bas ; sens, vertical. À l’échelle 1 cm pour 0,5 N, sa flèche mesure 1,7 × 0,5 = 0,85 cm. »
d)« Une fois lâchée, la bille tombe tout droit : la direction de sa vitesse ne change pas, donc sa vitesse est constante. »

Exercice 4 – Problème — La Station spatiale internationale

(4 pts)

La Station spatiale internationale (ISS) tourne autour de la Terre sur une trajectoire presque circulaire, à environ 420 km d’altitude, à valeur de vitesse presque constante. Elle fait un tour en 93 min environ. Le rayon de la Terre vaut environ 6 370 km. Aucun objet ne touche la station (on néglige les rares traces d’air à cette altitude).

a)Dans quel référentiel étudie-t-on ce mouvement ? Calcule la longueur d’un tour (périmètre d’un cercle : 2 × π × rayon), puis la valeur de la vitesse de la station en km/h, arrondie à la centaine.
b)Quel objet agit sur la station ? Comment ? Quelle caractéristique de la vitesse de la station son action change-t-elle sans arrêt ? Justifie.
c)Dans la station, une astronaute flotte, immobile par rapport aux parois. Quelle est sa vitesse dans le référentiel de la station ? Dans le référentiel de la question a ?
d)Combien de tours la station fait-elle en 24 h (arrondi au dixième) ? Quelle distance parcourt-elle environ en une journée ?

Exercice 5 – Trois affirmations à trancher

(3 pts)

Pour chaque affirmation, dis ce qui est juste et ce qui est faux, et justifie avec le cours ou un calcul.

a)« Sur un tapis de course réglé à 12 km/h, Hugo court à 12 km/h : il va donc aussi vite qu’une coureuse qui fait 12 km/h sur la piste du stade. »
b)« Sur mon schéma, la flèche de la force de 600 N mesure 3 cm et celle de la force de 450 N mesure 2 cm : les deux flèches sont à la même échelle. »
c)« Une force de 0,3 kN est plus faible qu’une force de 2 500 mN, puisque 0,3 est plus petit que 2 500 ; sur un même schéma, sa flèche est donc la plus courte. »

Bon courage !

Voir le corrigé et le barème

benprofparticulier.frPhysique · 4ᵉ

Corrigé et barème – mouvements et interactions : référentiel, vitesse, actions mécaniques et forces — niveau ★★★

Durée : 55 min – Calculatrice autorisée – Sur 20 points · Physique 4ᵉ

Exercice 1 – Problème — Le dépassement

(4 pts)

a)Même sens, l’une double l’autre : on fait la différence, 90 − 72 = 18 km/h (0,5 pt) ; 18 ÷ 3,6 = 5 m/s. (0,5 pt) (1)
b)Dans le référentiel du camion, la voiture parcourt 60 m à 5 m/s (0,5 pt) : t = 60 ÷ 5 = 12 s. (0,5 pt) (1)
c)90 km/h = 25 m/s ; d = 25 × 12 = 300 m (0,5 pt). Le camion, à 72 km/h = 20 m/s, parcourt 20 × 12 = 240 m ; 300 − 240 = 60 m : la voiture a bien gagné 60 m. (0,5 pt) (1)
d)Les deux voitures se croisent : dans le référentiel de l’une, l’autre arrive à 25 + 25 = 50 m/s (0,5 pt). En 12 s, elles se rapprochent de 50 × 12 = 600 m, plus que les 500 m qui les séparent : elles se rencontreraient au bout de 500 ÷ 50 = 10 s, avant la fin du dépassement. Non : il ne faut pas doubler. (0,5 pt) (1)

Méthode — pour un dépassement, on raisonne dans le référentiel du véhicule doublé : la distance à gagner se divise par la différence des vitesses, pas par la vitesse de la voiture.

Exercice 2 – Enquête — Le kayak sur le lac

(5 pts)

a)1 ÷ 25 = 0,04 s entre deux images ; une sur 10 : τ = 10 × 0,04 = 0,4 s (0,5 pt). 3,6 m ÷ 4,5 cm = 0,8 m : 1 cm pour 0,8 m (80 cm). (0,5 pt) (1)
b)M0 → M1 : 0,25 × 0,8 = 0,2 m en 0,4 s, 0,5 m/s ; M3 → M5 : (3,5 − 1,5) × 0,8 = 1,6 m en 2 × 0,4 = 0,8 s, 2 m/s (0,5 pt). Écarts réels de 0,2 ; 0,4 ; 0,6 puis 0,8 et 0,8 m : rectiligne accéléré jusqu’à M3, puis rectiligne uniforme. (0,5 pt) (1)
c)L’eau (0,5 pt). Toute action est réciproque : la pagaie pousse l’eau vers l’arrière, et l’eau pousse en retour la pagaie, donc Théo et son kayak, vers l’avant ; c’est une interaction entre la pagaie et l’eau. (0,5 pt) (1)
d)En M5, l’avant du kayak est à 3,5 × 0,8 = 2,8 m du ponton, à l’instant 5 × 0,4 = 2 s. Reste 150 − 2,8 = 147,2 m à 2 m/s : 147,2 ÷ 2 = 73,6 s (0,5 pt). Il atteint la bouée 75,6 s après M0. (0,5 pt) (1)
e)Théo est assis dans son kayak : 0 m/s (0,5 pt). Le ponton s’éloigne vers l’arrière du kayak à 2 m/s : même valeur, sens opposé à celui du kayak dans le référentiel du ponton. (0,5 pt) (1)

Piège — τ n’est pas la durée entre deux images de la caméra quand on n’en garde qu’une sur 10 : τ = 10 × (1 ÷ 25) s ; et une échelle se calcule avec un objet de longueur connue.

Exercice 3 – Corriger une copie

(4 pts)

a)7 × 0,1 = 0,7 N, et non 0,07 N : le dynamomètre indique 1 + 0,7 = 1,7 N (0,5 pt pour l’erreur, 0,5 pt pour la valeur juste). (1)
b)La bille immobile subit deux forces : celle du dynamomètre (contact, par le crochet) et celle de la Terre (à distance) (0,5 pt). Elles se compensent : c’est pour cela que le dynamomètre indique la valeur de la force exercée par la Terre, 1,7 N. (0,5 pt) (1)
c)Point d’application : le centre de la bille, pas le crochet ; direction et sens inversés : direction verticale, sens vers le bas (0,5 pt). Longueur : 1,7 ÷ 0,5 = 3,4 cm : on divise la valeur par le nombre de newtons pour 1 cm. (0,5 pt) (1)
d)La direction reste la verticale et le sens vers le bas, mais la valeur augmente : la vitesse n’est pas constante, le mouvement est rectiligne accéléré (0,5 pt). C’est l’action de la Terre, à distance, qui modifie le mouvement de la bille. (0,5 pt) (1)

Erreur fréquente — écrire le sens à la place de la direction : la verticale est une direction ; « vers le bas » est un sens sur cette direction.

Exercice 4 – Problème — La Station spatiale internationale

(4 pts)

a)Référentiel géocentrique (0,5 pt). Rayon de la trajectoire : 6 370 + 420 = 6 790 km ; un tour : 2 × π × 6 790 ≈ 42 663 km (0,5 pt). 93 min = 93 ÷ 60 = 1,55 h ; v = 42 663 ÷ 1,55 ≈ 27 500 km/h. (0,5 pt) (1)
b)La Terre, par une action à distance (attraction gravitationnelle) (0,5 pt). La direction : la trajectoire tourne sans arrêt autour de la Terre, alors que la valeur reste presque la même ; c’est l’action de la Terre qui modifie ainsi le mouvement. (0,5 pt) (1)
c)0 km/h dans le référentiel de la station ; environ 27 500 km/h dans le référentiel géocentrique, comme la station. (0,5 pt) (1)
d)24 ÷ 1,55 ≈ 15,5 tours (0,5 pt) ; d = v × t ≈ 27 500 × 24 = 660 000 km environ (661 000 km avec la vitesse non arrondie, 27 524 km/h : les deux sont acceptés). (0,5 pt) (1)

Piège — mouvement circulaire uniforme ne veut pas dire vitesse constante ni « aucune action » : la valeur reste la même, mais la direction change sans arrêt sous l’action de la Terre.

Exercice 5 – Trois affirmations à trancher

(3 pts)

a)Juste dans le référentiel du tapis : Hugo y court à 12 km/h. Faux dans le référentiel terrestre : la bande recule à 12 km/h et Hugo avance à 12 km/h sur elle, sens contraires : 12 − 12 = 0 km/h, il reste sur place ; la coureuse fait 12 km/h dans le référentiel terrestre. (0,5 pt pour chaque référentiel) (1)
b)Faux : 600 ÷ 3 = 200 N pour 1 cm, alors que 450 ÷ 2 = 225 N pour 1 cm (0,5 pt). À l’échelle 1 cm pour 200 N, la flèche de 450 N doit mesurer 450 ÷ 200 = 2,25 cm. (0,5 pt) (1)
c)Faux : on compare deux valeurs dans la même unité, 0,3 kN = 0,3 × 1 000 = 300 N et 2 500 mN = 2 500 ÷ 1 000 = 2,5 N (0,5 pt). La force de 0,3 kN est la plus grande, 300 ÷ 2,5 = 120 fois plus grande : à la même échelle, sa flèche est 120 fois plus longue. (0,5 pt) (1)

Astuce — deux flèches d’un même schéma sont à la même échelle si valeur ÷ longueur donne le même nombre de newtons pour 1 cm.

Les chapitres de ce devoir 2 chapitres

Avant le devoir : relis le cours, refais les exercices et le devoir surveillé de chaque chapitre.

Mouvements, forces et équilibre

Interactions : actions mécaniques et forces

Besoin d'un coup de main ?

Accompagnement en tête-à-tête, à Marseille ou en visio — du CE2 à la Terminale. Premier cours sans engagement, bilan de départ offert.

Je réserve ici → Voir les tarifs

Cours particuliers au collège · Au lycée · Aide aux devoirs