Exercices par capacités · Première générale
Dernière mise à jour : 21 juin 2026
Un colis a une masse \(m=4{,}0\) kg. On prend \(g=9{,}8\) N/kg.
1. Calculer la valeur de son poids. 2. Donner la direction et le sens du vecteur \(\vec{P}\).
1. \(P=m\,g=4{,}0\times9{,}8=39{,}2\) N.
2. Direction verticale, sens vers le bas.
Une force possède quatre caractéristiques. Pour le poids d'un cycliste de masse \(m=70\) kg (\(g=9{,}8\) N/kg), préciser ces caractéristiques.
1. Point d'application. 2. Direction. 3. Sens. 4. Valeur.
1. Point d'application : le centre de gravité du système.
2. Direction : verticale.
3. Sens : vers le bas.
4. Valeur : \(P=m\,g=70\times9{,}8=686\) N.
Associer chaque action mécanique à la force qui la modélise et à sa direction.
| Action mécanique | Force / direction (à compléter) |
|---|---|
| La Terre attire un objet | … |
| Une table soutient un livre posé | … |
| Un câble tendu retient une charge | … |
| Le sol freine une caisse qui glisse | … |
Un objet est posé immobile sur une table horizontale. On souhaite représenter les deux forces qui s'exercent sur lui sur le schéma ci-dessous (échelle : 1 cm pour 5 N), le poids valant \(P=10\) N.
1. Nommer les deux forces. 2. Quelle est la longueur du vecteur poids avec l'échelle donnée ? 3. Comme l'objet est immobile, que vaut la réaction du support ? Quelle est sa longueur ?
1. Le poids \(\vec{P}\) (vertical vers le bas) et la réaction du support \(\vec{R}\) (vertical vers le haut).
2. \(P=10\) N. Avec l'échelle 1 cm ↔ 5 N : longueur \(=\dfrac{10}{5}=2{,}0\) cm.
3. L'objet est immobile, les forces se compensent : \(R=P=10\) N, soit aussi 2,0 cm, mais dirigée vers le haut.
Un livre est posé, immobile, sur une table horizontale.
1. Nommer les deux forces qui s'exercent sur le livre. 2. Que peut-on dire de la somme de ces forces ? Justifier avec le principe d'inertie.
1. Le poids \(\vec{P}\) (vers le bas) et la réaction du support \(\vec{R}\) (vers le haut).
2. Le livre est immobile : d'après le principe d'inertie, les forces se compensent, \(\sum\vec{F}=\vec{0}\). Donc \(\vec{P}\) et \(\vec{R}\) ont la même valeur et des sens opposés.
Indiquer si chaque affirmation est vraie ou fausse, en justifiant.
a. Un objet en mouvement rectiligne uniforme subit forcément une force motrice résultante.
b. Si les forces se compensent, un objet en mouvement peut continuer à vitesse constante.
a. Faux : en mouvement rectiligne uniforme, \(\sum\vec{F}=\vec{0}\) ; aucune force motrice résultante n'est nécessaire.
b. Vrai : c'est précisément le principe d'inertie (forces compensées ⟺ repos ou mouvement rectiligne uniforme).
Un palet de hockey glisse en ligne droite à vitesse quasi constante sur une patinoire.
1. Que peut-on dire de la somme des forces qui s'exercent sur lui ? 2. Identifier les forces verticales et conclure sur les forces horizontales.
1. Mouvement rectiligne uniforme → d'après le principe d'inertie, \(\sum\vec{F}=\vec{0}\).
2. Verticalement, le poids \(\vec{P}\) et la réaction de la glace \(\vec{R}\) se compensent. Horizontalement, les frottements sont quasi nuls : rien ne ralentit le palet, ce qui explique qu'il garde sa vitesse.
Une voiture roule en ligne droite à 90 km/h sans accélérer ni ralentir. La force motrice transmise par le moteur vaut 600 N.
1. Le mouvement est rectiligne uniforme : que vaut la somme des forces ? 2. En déduire la valeur de la force de frottement totale (frottements + résistance de l'air) et son sens.
1. Mouvement rectiligne uniforme → \(\sum\vec{F}=\vec{0}\) (principe d'inertie).
2. Horizontalement, la force motrice et la force de frottement se compensent : \(f=600\) N, dirigée en sens contraire du mouvement (vers l'arrière).
On lâche une balle sans vitesse initiale ; on néglige les frottements de l'air.
1. Quelle est la seule force en jeu ? 2. La somme des forces est-elle nulle ? 3. Dans quel sens pointe \(\Delta\vec{v}\) ? Le mouvement accélère-t-il ou ralentit-il ?
1. Le poids \(\vec{P}\), vertical vers le bas.
2. Non, \(\sum\vec{F}=\vec{P}\neq\vec{0}\).
3. \(\Delta\vec{v}\) a la même direction et le même sens que \(\sum\vec{F}\) : vers le bas. La balle accélère vers le sol.
Une voiture roule vers la droite et freine. La force de frottement vaut 3000 N, dirigée vers la gauche ; on étudie le mouvement horizontal.
1. Dans quel sens pointe la somme des forces horizontales ? 2. Dans quel sens est \(\Delta\vec{v}\) par rapport au mouvement ? 3. Conclure sur l'évolution de la vitesse.
1. Vers la gauche (sens de la force de frottement, opposée au mouvement).
2. \(\Delta\vec{v}\) a le même sens que \(\sum\vec{F}\) : vers la gauche, donc opposé au mouvement.
3. La vitesse diminue : la voiture ralentit puis s'arrête.
Une bille décrit un cercle à valeur de vitesse constante, attachée à un fil.
1. La somme des forces est-elle nulle ? Justifier. 2. Dans quel sens pointe-t-elle ? 3. Le mouvement est-il une situation d'inertie (mouvement rectiligne uniforme) ?
1. Non : la direction de la vitesse change en permanence, donc \(\vec{v}\) varie et \(\sum\vec{F}\neq\vec{0}\).
2. \(\Delta\vec{v}\) (et donc \(\sum\vec{F}\)) pointe vers le centre du cercle (tension du fil).
3. Non : le mouvement n'est pas rectiligne, ce n'est donc pas une situation d'inertie, même si la valeur de la vitesse reste constante.
Un parachutiste de masse \(m=80\) kg saute d'un avion (\(g=9{,}8\) N/kg). On distingue deux phases.
| Donnée | Valeur |
|---|---|
| Masse du parachutiste | 80 kg |
| Intensité de pesanteur | 9,8 N/kg |
1. Calculer son poids. 2. Au début de la chute (parachute fermé, frottements faibles), comparer la somme des forces à \(\vec{0}\) et indiquer comment varie la vitesse. 3. Une fois le parachute ouvert, il descend à vitesse constante (vitesse limite). En déduire la valeur de la force de frottement de l'air. 4. Quel principe physique utilise-t-on à la question 3 ?
1. \(P=m\,g=80\times9{,}8=784\) N, vertical vers le bas.
2. \(\sum\vec{F}\approx\vec{P}\neq\vec{0}\), dirigée vers le bas : \(\Delta\vec{v}\) est vers le bas, la vitesse augmente (le parachutiste accélère).
3. À vitesse constante, \(\sum\vec{F}=\vec{0}\) : le frottement \(\vec{f}\) compense le poids. Donc \(f=P=784\) N, dirigée vers le haut.
4. Le principe d'inertie (1re loi de Newton).