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Ch03 — Exercices par capacités · Mécanique

CAP | Physique-Chimie | Exercices organisés par capacités du programme

Capacité 1 — Choisir un référentiel, décrire une trajectoire

Exercice 1.1

Pour chaque situation, identifiez le référentiel le plus adapté et décrivez la trajectoire :

SituationRéférentiel adaptéType de trajectoire
Disque d'une ponceuse orbitale
Chariot de l'atelier déplacé en ligne droite
Scie sauteuse découpant une courbe
Lame d'une scie circulaire en rotation
Correction : Ponceuse → référentiel atelier, trajectoire circulaire (mouvement orbital) / Chariot → référentiel atelier, rectiligne / Scie sauteuse → référentiel pièce, quelconque / Lame scie → référentiel atelier, circulaire.

Capacité 2 — Calculer la vitesse moyenne \(v = d/t\)

Exercice 2.1 — Contextes professionnels

  1. Un livreur de bois parcourt 96 km en 1 h 20 min. Calculez sa vitesse moyenne en km/h puis en m/s.
  2. Un convoyeur à bandes transporte des chutes de bois à 0,5 m/s. En combien de temps parcourt-il 12 m ?
  3. Une fraiseuse numérique déplace sa tête à 120 mm/min. Convertissez en m/s. En combien de temps parcourt-elle 0,3 m ?
Correction :
  1. \(t = 1{,}33\) h. \(v = 96/1{,}33 \approx 72\) km/h. \(72/3{,}6 = 20\) m/s.
  2. \(t = d/v = 12/0{,}5 = 24\) s.
  3. \(120\) mm/min = \(0{,}12\) m / 60 s = \(0{,}002\) m/s. \(t = 0{,}3/0{,}002 = 150\) s.

Capacité 3 — Caractériser une force, calculer \(P = m \times g\)

Exercice 3.1 — Forces en atelier

  1. Calculez le poids des objets suivants (\(g = 9{,}8\) N/kg) : a) sac de ciment 25 kg b) panneau de porte 18 kg c) meuble assemblé 62 kg.
  2. Un câble de grue supporte une caisse de 500 N. Représentez (schéma simple, non coté) et listez les 4 caractéristiques de la force exercée par le câble sur la caisse.
  3. Une étagère est fixée au mur et supporte 3 éléments de 12 kg, 8 kg et 5 kg. Quelle est la réaction totale des fixations ?
Correction :
  1. \(P_a = 245\) N / \(P_b = 176{,}4\) N / \(P_c = 607{,}6\) N.
  2. Force de tension du câble : point d'application = point d'accrochage de la caisse, direction = verticale, sens = vers le haut, valeur = 500 N.
  3. \(P_{total} = (12+8+5) × 9{,}8 = 25 × 9{,}8 = 245\) N. Réaction des fixations = 245 N vers le haut.

Capacité 4 — Vérifier l'équilibre sous deux forces

Exercice 4.1 — Équilibre ou non ?

Pour chaque situation, vérifiez si les conditions d'équilibre sous deux forces sont remplies :

  1. Une barre de 80 N est suspendue par deux câbles verticaux de même longueur. La tension dans chaque câble est 40 N.
  2. Un panneau de 200 N est appuyé contre un mur, maintenu par une force horizontale de 200 N. Est-il en équilibre ?
  3. Un sac de 30 kg est posé sur une balance. Calculez le poids et la réaction de la balance. Sont-ils en équilibre ?
Correction :
  1. Deux câbles → deux forces de 40 N chacun : la somme vaut 80 N vers le haut = poids 80 N vers le bas. Mais c'est la somme de deux forces, pas deux forces. Il faudrait un seul câble de 80 N pour un équilibre strict sous deux forces. Ici on parle d'équilibre des forces (2 tensions = 1 poids).
  2. Non : les forces ne sont pas de même droite d'action (l'une est verticale, l'autre horizontale). Il n'est pas en équilibre sous deux forces.
  3. \(P = 30 × 9{,}8 = 294\) N vertical vers le bas. Réaction balance = 294 N vertical vers le haut. Même droite d'action, sens opposés, même valeur → équilibre.