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Chapitre 9 – Modéliser une action : les forces

Exercices par capacités · 2nde générale

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Capacités travaillées

C1 — Recenser les actions et distinguer contact / à distance

Exercice 1

Pour chaque action, indiquer s'il s'agit d'une action de contact ou d'une action à distance.

  1. La Terre attire la Lune.
  2. Une raquette frappe une balle.
  3. Un aimant attire un trombone sans le toucher.
  4. Le sol soutient une caisse posée dessus.
  1. Action à distance (gravitation).
  2. Action de contact.
  3. Action à distance (magnétique).
  4. Action de contact.
Exercice 2

Une lampe est suspendue au plafond par un fil. On étudie le système {lampe}. Voici le diagramme objet-interactions à compléter : deux objets exercent une action sur la lampe.

Lampe Fil Terre
Diagramme objet-interactions à compléter
  1. Pour chaque trait du diagramme, nommer l'action exercée sur la lampe.
  2. Pour chacune, préciser si elle est de contact ou à distance.
  1. Action du fil sur la lampe (il la retient vers le haut) ; action de la Terre sur la lampe (le poids, vers le bas).
  2. Fil → action de contact. Terre → action à distance (gravitation).
Exercice 3

Un livre est posé, immobile, sur une table. On étudie le système {livre}.

  1. Recenser les actions qui s'exercent sur le livre.
  2. Classer chacune en contact ou à distance.
  1. Deux actions : l'action de la Terre (le poids) et l'action de la table (le support qui soutient le livre).
  2. Terre → à distance ; table → de contact.
Exercice 4

On rappelle le principe des actions réciproques : si A exerce une force sur B, alors B exerce sur A une force de même valeur, même direction, mais de sens opposé.

Un nageur pousse l'eau vers l'arrière avec ses bras pour avancer. Expliquer, à l'aide du principe des actions réciproques, pourquoi le nageur avance.

Le nageur (A) exerce une force sur l'eau (B) dirigée vers l'arrière. D'après le principe des actions réciproques, l'eau exerce en retour sur le nageur une force de même valeur, même direction, mais de sens opposé, donc dirigée vers l'avant. C'est cette force de l'eau sur le nageur qui le fait avancer.

C2 — Modéliser une action par une force (vecteur)

Exercice 5

Citer les quatre caractéristiques qui définissent un vecteur force \(\vec F\). Préciser son unité et l'instrument qui permet de mesurer sa valeur.

  • Point d'application : l'endroit où s'exerce la force.
  • Direction : la droite selon laquelle s'exerce la force.
  • Sens : le sens de la force le long de cette direction.
  • Valeur (norme) : exprimée en newton (N), mesurée avec un dynamomètre.
Exercice 6

On modélise par une force l'action d'une main qui tire horizontalement une caisse vers la droite. Le schéma ci-dessous représente la caisse et le point d'application.

point d'application
Schéma de la caisse (vecteur force à tracer)

Décrire les caractéristiques de la force exercée par la main (direction, sens, point d'application), puis expliquer comment on la tracerait sur le schéma.

  • Point d'application : le point marqué sur la caisse (là où la main tire).
  • Direction : horizontale.
  • Sens : vers la droite (sens de la traction).

On trace une flèche partant du point d'application, horizontale, pointée vers la droite ; sa longueur représente la valeur de la force (selon une échelle, par exemple 1 cm pour 10 N).

Exercice 7

On veut représenter une force de valeur F = 30 N. On choisit l'échelle : 1 cm pour 10 N.

  1. Quelle doit être la longueur de la flèche représentant cette force ?
  2. Sur un autre schéma, une flèche mesure 4,5 cm avec la même échelle. Quelle est la valeur de la force représentée ?
  1. 30 N ÷ 10 N/cm = 3,0 cm.
  2. 4,5 cm × 10 N/cm = 45 N.
Exercice 8

Un objet est suspendu, immobile, à un ressort. On étudie le système {objet}.

Objet immobile suspendu à un ressort
  1. Quelles sont les deux forces qui s'exercent sur l'objet ?
  2. L'objet étant immobile, que peut-on dire de ces deux forces (direction, sens, valeur) ?
  1. Le poids (action de la Terre, vers le bas) et l'action du ressort (vers le haut).
  2. L'objet est immobile : les deux forces se compensent. Elles ont la même direction (verticale), des sens opposés et la même valeur.

C3 — Calculer le poids P = m × g

Exercice 9

On prend g = 9,8 N/kg sur Terre. Calculer le poids des objets suivants.

ObjetMasse
Pomme0,20 kg
Sac de ciment25 kg
Élève60 kg
  • Pomme : \( P = 0{,}20\times9{,}8 = 1{,}96 \) N ≈ 2,0 N.
  • Sac de ciment : \( P = 25\times9{,}8 = 245 \) N ≈ 245 N.
  • Élève : \( P = 60\times9{,}8 = 588 \) N ≈ 588 N.
Exercice 10

Un objet a une masse de 5,0 kg. On prend g = 9,8 N/kg.

  1. Calculer son poids.
  2. Donner les caractéristiques du vecteur poids (direction, sens).
  1. \( P = m\times g = 5{,}0\times9{,}8 = 49 \) N.
  2. Le poids est vertical, dirigé vers le bas, appliqué au centre de l'objet.
Exercice 11

Un sac de sable a un poids de 78,4 N sur Terre (g = 9,8 N/kg). Calculer sa masse.

À partir de \( P = m\times g \), on isole la masse : \( m = \dfrac{P}{g} = \dfrac{78{,}4}{9{,}8} = 8{,}0 \) kg.

Exercice 12

Un astronaute et son équipement ont une masse totale de 90 kg.

LieuIntensité de la pesanteur g
Terre9,8 N/kg
Lune1,6 N/kg
  1. Calculer le poids de l'astronaute sur la Terre puis sur la Lune.
  2. Sa masse change-t-elle entre la Terre et la Lune ? Expliquer.
  1. Sur Terre : \( P = 90\times9{,}8 = 882 \) N. Sur la Lune : \( P = 90\times1{,}6 = 144 \) N.
  2. Non, la masse ne change pas (90 kg partout) : c'est une quantité de matière. Seul le poids change car g est plus faible sur la Lune.
Exercice 13

Un dynamomètre indique 12 N lorsqu'on y suspend une bouteille d'eau. On prend g = 10 N/kg pour simplifier.

  1. Que mesure réellement le dynamomètre : la masse ou le poids ?
  2. En déduire la masse de la bouteille.
  1. Le dynamomètre mesure une force, ici le poids (en N).
  2. \( m = \dfrac{P}{g} = \dfrac{12}{10} = 1{,}2 \) kg.

C4 — Calculer une force de gravitation et la relier au poids

Exercice 14

Donnée : \(G=6{,}67\times10^{-11}\) N·m²/kg².

  1. Écrire la relation donnant la valeur de la force de gravitation entre deux corps A et B, et préciser l'unité de chaque grandeur.
  2. Entre quels points la distance \(d\) est-elle mesurée ?
  3. La force de gravitation peut-elle être répulsive ? Justifier.
  1. \(F = G\times\dfrac{m_A\times m_B}{d^{2}}\) : \(m_A\) et \(m_B\) en kilogrammes (kg), \(d\) en mètres (m), \(G=6{,}67\times10^{-11}\) N·m²/kg², \(F\) en newtons (N).
  2. Entre les centres des deux corps.
  3. Non : la gravitation est toujours attractive. Deux masses s'attirent, elles ne se repoussent jamais.
Exercice 15

Calculer la force de gravitation exercée par la Terre sur un satellite de masse \(m=8{,}0\times10^{2}\) kg, dont le centre se trouve à \(d=8{,}0\times10^{6}\) m du centre de la Terre.

Données : \(G=6{,}67\times10^{-11}\) N·m²/kg², masse de la Terre \(M_T=5{,}97\times10^{24}\) kg.

On calcule d'abord le carré de la distance : \(d^{2}=(8{,}0\times10^{6})^{2}=6{,}4\times10^{13}\ \text{m}^2\).

\(F = 6{,}67\times10^{-11}\times\dfrac{5{,}97\times10^{24}\times8{,}0\times10^{2}}{6{,}4\times10^{13}} \approx 5{,}0\times10^{3}\ \text{N}\).

Soit environ 5,0 kN : c'est cette force qui maintient le satellite en orbite.

Exercice 16

Deux élèves de 60 kg chacun sont assis côte à côte, leurs centres distants de 0,50 m.

  1. Calculer la force de gravitation qu'ils exercent l'un sur l'autre. Donnée : \(G=6{,}67\times10^{-11}\) N·m²/kg².
  2. Comparer cette valeur au poids d'un élève (\(g=9{,}8\) N/kg).
  3. Conclure : pourquoi ne ressent-on jamais l'attraction gravitationnelle entre deux objets du quotidien ?
  1. \(d^{2}=0{,}50^{2}=0{,}25\ \text{m}^2\), donc \(F=6{,}67\times10^{-11}\times\dfrac{60\times60}{0{,}25}\approx 9{,}6\times10^{-7}\ \text{N}\).
  2. Le poids d'un élève vaut \(P=60\times9{,}8=588\) N : il est environ 600 millions de fois plus grand.
  3. Parce que \(G\) est extrêmement petit : il faut au moins un des deux corps de masse gigantesque, comme une planète, pour que la force devienne sensible. C'est pourquoi on ne perçoit que l'attraction de la Terre, c'est-à-dire le poids.
Exercice 17

On veut vérifier que le poids n'est qu'un cas particulier de la force de gravitation. On considère un sac de ciment de masse \(m=25\) kg posé au sol.

Données : \(G=6{,}67\times10^{-11}\) N·m²/kg², \(M_T=5{,}97\times10^{24}\) kg, rayon de la Terre \(R_T=6{,}37\times10^{6}\) m, \(g=9{,}8\) N/kg.

  1. Calculer la force de gravitation exercée par la Terre sur le sac (on prendra \(d=R_T\)).
  2. Calculer le poids du sac avec \(P=m\times g\).
  3. Comparer les deux résultats et conclure.
  1. \(R_T^{2}=(6{,}37\times10^{6})^{2}=4{,}06\times10^{13}\ \text{m}^2\), donc \(F=6{,}67\times10^{-11}\times\dfrac{5{,}97\times10^{24}\times25}{4{,}06\times10^{13}}\approx 2{,}5\times10^{2}\ \text{N}\), soit environ 245 N.
  2. \(P=25\times9{,}8=245\) N.
  3. Les deux valeurs sont identiques. Le poids est donc bien la force de gravitation exercée par la Terre, calculée au voisinage de sa surface : \(P=m\times g\) est simplement une écriture plus rapide, où \(g=G\times\dfrac{M_T}{R_T^{2}}\).