Exercices par capacités · 2nde générale
Dernière mise à jour : 21 juin 2026
Un livre est posé, immobile, sur une table horizontale. Deux forces s'exercent sur lui : son poids (vers le bas) et la réaction du support (vers le haut). Que peut-on dire de ces deux forces ?
Le livre est au repos, donc les forces se compensent : leur somme est nulle.
Elles ont la même droite d'action (la verticale), la même valeur, et des sens opposés. Le poids (vers le bas) est compensé par la réaction du support (vers le haut).
Sur un système, on a représenté ci-dessous deux forces. Indiquer dans chaque cas si elles se compensent ou non, en justifiant.
Cas a : les deux forces ont la même droite d'action, des sens opposés et la même longueur (donc la même valeur) → elles se compensent (somme nulle).
Cas b : sens opposés mais longueurs différentes (valeurs différentes) → elles ne se compensent pas (somme non nulle, dirigée vers la droite).
Une caisse est tirée horizontalement par une corde avec une force de valeur 40 N. Elle subit aussi des frottements horizontaux de valeur 40 N en sens opposé. Le poids (300 N) est compensé par la réaction du sol (300 N).
| Force | Direction | Valeur |
|---|---|---|
| Traction de la corde | horizontale, vers l'avant | 40 N |
| Frottements | horizontale, vers l'arrière | 40 N |
| Poids | verticale, vers le bas | 300 N |
| Réaction du sol | verticale, vers le haut | 300 N |
Les forces exercées sur la caisse se compensent-elles ?
On compare les forces deux à deux :
La somme de toutes les forces est nulle : les forces se compensent.
Un parachutiste descend à vitesse constante en ligne droite. Son poids vaut 800 N. Quelle est la valeur de la force de frottement de l'air exercée sur lui, et quel est son sens ? Justifier.
Le parachutiste descend à vitesse constante en ligne droite : c'est un mouvement rectiligne uniforme. D'après le principe d'inertie, les forces se compensent.
Le poids (800 N, vers le bas) est donc compensé par la force de frottement de l'air, qui vaut 800 N et est dirigée vers le haut (sens opposé au poids).
Énoncer le principe d'inertie. Indiquer le référentiel dans lequel il est valable au lycée.
Dans un référentiel terrestre, si les forces qui s'exercent sur un système se compensent (ou s'il n'y en a aucune), alors ce système est soit au repos, soit en mouvement rectiligne uniforme (vitesse de valeur et de direction constantes). La réciproque est vraie.
Pour chaque système, on indique que les forces se compensent. Déduire le ou les mouvements possibles.
| Système | Forces |
|---|---|
| Un wagon sur un rail droit | se compensent |
| Une bouteille posée sur une étagère | se compensent |
| Un palet glissant sur une patinoire (frottements négligés) | se compensent |
Forces compensées ⇒ repos OU mouvement rectiligne uniforme.
Un aéroglisseur se déplace en ligne droite à la vitesse constante de 12 m/s. La force motrice vaut 500 N. En supposant le mouvement rectiligne uniforme, que vaut la somme des forces de résistance (air + sol) ? Justifier par le principe d'inertie.
Mouvement rectiligne uniforme ⇒ d'après le principe d'inertie, les forces se compensent.
Horizontalement, la force motrice (500 N, vers l'avant) est compensée par les forces de résistance, qui valent au total 500 N, dirigées vers l'arrière.
Une sonde spatiale très loin de tout astre n'est soumise à (pratiquement) aucune force. Au départ elle se déplace à 15 km/s en ligne droite. Aucun moteur n'est allumé. Décrire son mouvement quelques heures plus tard.
Aucune force ne s'exerce (ou elles se compensent). D'après le principe d'inertie, la sonde reste en mouvement rectiligne uniforme : elle continue en ligne droite à 15 km/s, sans ralentir ni changer de direction.
Une voiture démarre au feu vert : sa vitesse passe de 0 à 50 km/h. Les forces qui s'exercent sur elle se compensent-elles ? Justifier.
La valeur de la vitesse augmente : le vecteur vitesse varie. D'après le principe d'inertie, cela signifie que les forces ne se compensent pas (la force motrice l'emporte sur les frottements).
Indiquer, pour chaque situation, si le vecteur vitesse varie, puis si les forces se compensent.
| Situation | Évolution |
|---|---|
| Cycliste qui freine | la valeur de la vitesse diminue |
| Voiture en virage à vitesse (valeur) constante | la direction change |
| Train en ligne droite à 120 km/h constants | aucune variation |
Une bille est lâchée sans vitesse et tombe verticalement : sa vitesse augmente de 0 à 5 m/s en passant par 2,5 m/s. On néglige les frottements de l'air.
La Lune décrit autour de la Terre une trajectoire quasi circulaire à vitesse de valeur constante (≈ 1,0 km/s). Peut-on dire que les forces qui s'exercent sur la Lune se compensent ? Expliquer ce qui varie.
Non. Même si la valeur de la vitesse est constante, la direction du mouvement change sans cesse (trajectoire circulaire). Le vecteur vitesse varie donc, ce qui signifie que les forces ne se compensent pas : la force de gravitation exercée par la Terre courbe la trajectoire.
Pour chacun des mouvements suivants, dire si les forces se compensent (oui / non) :
Un ascenseur monte. Au début il accélère, puis il monte à vitesse constante, puis il ralentit avant l'arrêt. Sur le câble s'exerce une force de traction \(T\), et sur la cabine le poids \(P\). Pour chacune des trois phases, comparer \(T\) et \(P\).
Un skieur descend une piste rectiligne. On relève sa vitesse :
| Instant (s) | 0 | 2 | 4 | 6 |
|---|---|---|---|---|
| Vitesse (m/s) | 8,0 | 8,0 | 8,0 | 8,0 |
Décrire le mouvement, puis indiquer si les forces se compensent.
La vitesse reste égale à 8,0 m/s sur une piste rectiligne : c'est un mouvement rectiligne uniforme.
D'après le principe d'inertie, les forces se compensent : le poids (composante le long de la pente) est exactement compensé par les frottements et la réaction de la neige.
Lors d'un freinage d'urgence en bus, les passagers debout sont projetés vers l'avant. En utilisant le principe d'inertie, expliquer pourquoi.
Avant le freinage, passagers et bus avancent ensemble à la même vitesse. Quand le bus freine, le bus subit une force (frein) qui ralentit son mouvement, mais le corps du passager, par inertie, tend à conserver son mouvement (sa vitesse vers l'avant) tant qu'aucune force suffisante ne le retient. Il est donc « projeté » vers l'avant par rapport au bus. D'où l'intérêt de se tenir aux barres.