Chapitre 5 | Terminale STI2D — spécialité Physique-chimie et mathématiques | Physique-Chimie
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Durée : 1 h — Barème : /20 — Calculatrice autorisée
Les réponses doivent être justifiées. Le soin, les unités et le nombre de chiffres significatifs sont notés. On prendra \(g=9{,}81\ \text{m·s}^{-2}\).
1. Énoncer le principe fondamental de la dynamique (2e loi de Newton) sous forme vectorielle. (1 pt)
2. Un chariot de masse \(m=300\ \text{kg}\) est tracté horizontalement par une force \(F=800\ \text{N}\), les frottements valant \(f=200\ \text{N}\). Calculer la résultante des forces horizontales, puis l'accélération. (2 pts)
3. Partant du repos, quelle vitesse le chariot atteint-il après \(t=5{,}0\ \text{s}\) ? (1,5 pt)
4. Un boulon tombe d'un pont (chute libre, sans vitesse initiale). Justifier que son accélération est \(g\), puis calculer sa vitesse et la hauteur de chute après \(t=2{,}0\ \text{s}\). (2,5 pts)
1. Dans un référentiel galiléen, \(\displaystyle\sum\vec F=m\,\vec a\) : la résultante des forces extérieures égale le produit de la masse par le vecteur accélération.
2. \(\sum F=F-f=800-200=600\ \text{N}\) ; \(a=\dfrac{\sum F}{m}=\dfrac{600}{300}=2{,}0\ \text{m·s}^{-2}\).
3. Partant du repos : \(v=a\,t=2{,}0\times5{,}0=10\ \text{m·s}^{-1}\).
4. En chute libre, seule force = poids : \(m\vec a=m\vec g\Rightarrow\vec a=\vec g\). \(v=g\,t=9{,}81\times2{,}0\approx20\ \text{m·s}^{-1}\) ; \(h=\frac12 g t^2=\frac12\times9{,}81\times4{,}0\approx20\ \text{m}\).
1. Une caisse de masse \(m=60\ \text{kg}\) glisse à \(v_A=4{,}0\ \text{m·s}^{-1}\) sur un sol horizontal et s'arrête après \(d=4{,}0\ \text{m}\). En écrivant le théorème de l'énergie cinétique, déterminer la force de frottement \(f\) supposée constante. (3 pts)
2. On serre un écrou avec une clé de longueur \(d=0{,}20\ \text{m}\), la force appliquée \(F=150\ \text{N}\) étant perpendiculaire à la clé. Calculer le moment de serrage. (2 pts)
3. Un moteur fournit un couple \(C=12\ \text{N·m}\) et tourne à \(\omega=200\ \text{rad·s}^{-1}\). Calculer la puissance mécanique \(P=C\times\omega\). (2 pts)
1. \(\Delta E_c=0-\frac12 m v_A^2=-f\,d\), d'où \(f=\dfrac{m v_A^2}{2d}=\dfrac{60\times4{,}0^2}{2\times4{,}0}=\dfrac{60\times16}{8{,}0}=120\ \text{N}\).
2. \(M=F\times d=150\times0{,}20=30\ \text{N·m}\).
3. \(P=C\times\omega=12\times200=2{,}4\times10^{3}\ \text{W}=2{,}4\ \text{kW}\).
1. Définir la pression exercée sur une surface et donner son unité SI. (1,5 pt)
2. Distinguer pression absolue et pression relative. (1,5 pt)
3. Un réservoir contient de l'eau (\(\rho=1{,}0\times10^{3}\ \text{kg·m}^{-3}\)). Calculer la pression relative au fond, à la profondeur \(h=3{,}0\ \text{m}\). (1,5 pt)
4. En prenant \(p_{atm}=1{,}0\times10^{5}\ \text{Pa}\), en déduire la pression absolue au fond, en Pa puis en bar. (1,5 pt)
1. \(p=\dfrac{F}{S}\) : quotient de la résultante des forces pressantes (perpendiculaires à la surface) par l'aire de la surface. Unité SI : le pascal (Pa = N·m\(^{-2}\)).
2. Pression absolue = mesurée par rapport au vide ; pression relative = mesurée par rapport à la pression atmosphérique (\(p_{rel}=p_{abs}-p_{atm}\)).
3. \(p_{rel}=\rho g h=1{,}0\times10^{3}\times9{,}81\times3{,}0\approx2{,}9\times10^{4}\ \text{Pa}\).
4. \(p_{abs}=p_{atm}+\rho g h=1{,}0\times10^{5}+2{,}9\times10^{4}\approx1{,}3\times10^{5}\ \text{Pa}=1{,}3\ \text{bar}\).