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Interrogation — Ch10 : Deuxième loi de Newton et mouvement dans un champ uniforme

Terminale générale | Physique-Chimie | Durée : 15 min | /20

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Nom : Prénom : Classe : Date : Note : / 20

Calculatrice autorisée.

Exercice 1 — Quantité de mouvement et lois de Newton (5 pts)

  1. Donner la définition du vecteur quantité de mouvement d'un système de masse \(m\) et de vitesse \(\vec{v}\), avec son unité. (1,5 pt)
  2. Énoncer la deuxième loi de Newton (dans un référentiel galiléen, pour un système de masse constante). (2 pts)
  3. Un palet de hockey de masse \(m=160\) g glisse à \(v=12\ \text{m·s}^{-1}\). Calculer la valeur de sa quantité de mouvement. (1,5 pt)

a) \(\vec{p}=m\,\vec{v}\), en \(\text{kg·m·s}^{-1}\). (1,5 pt : 1 pt définition, 0,5 pt unité)

b) Dans un référentiel galiléen, la somme des forces extérieures appliquées au système est égale à la dérivée de sa quantité de mouvement : \(\sum\vec{F}=\dfrac{d\vec{p}}{dt}\), soit, à masse constante, \(\sum\vec{F}=m\,\vec{a}\). (2 pts)

c) \(p=m\,v=0{,}160\times12=1{,}9\ \text{kg·m·s}^{-1}\). Attention à convertir 160 g en 0,160 kg. (1,5 pt)

Exercice 2 — Chute d'un ballon de basket (9 pts)

Un ballon est lancé depuis l'origine \(O\) avec une vitesse initiale \(\vec{v_0}\) faisant un angle \(\alpha\) avec l'horizontale. On néglige les frottements de l'air. Repère \((O;\vec{i},\vec{j})\), axe \(Oy\) vertical vers le haut.

GrandeurSymboleValeur
Vitesse initiale\(v_0\)\(8{,}0\ \text{m·s}^{-1}\)
Angle de lancement\(\alpha\)\(45^\circ\)
Intensité de la pesanteur\(g\)\(9{,}81\ \text{m·s}^{-2}\)
  1. Appliquer la deuxième loi de Newton au ballon et en déduire les coordonnées \(a_x\) et \(a_y\) du vecteur accélération. (3 pts)
  2. Établir les coordonnées \(v_x(t)\) et \(v_y(t)\) du vecteur vitesse (conditions initiales : \(v_x(0)=v_0\cos\alpha\), \(v_y(0)=v_0\sin\alpha\)). (3 pts)
  3. Calculer la date \(t_S\) à laquelle le ballon atteint le sommet de sa trajectoire. (3 pts)

a) Système : ballon ; référentiel terrestre supposé galiléen. Seule force : le poids \(\vec{P}=m\,\vec{g}\). Deuxième loi : \(m\,\vec{a}=m\,\vec{g}\) donc \(\vec{a}=\vec{g}\) : \(a_x=0\) et \(a_y=-g\). (3 pts : 1 pt bilan des forces, 1 pt loi, 1 pt coordonnées)

b) On intègre l'accélération : \(v_x(t)=v_0\cos\alpha\) (constante) et \(v_y(t)=-g\,t+v_0\sin\alpha\). (1,5 pt par coordonnée)

c) Au sommet, la vitesse verticale s'annule : \(v_y(t_S)=0\Rightarrow t_S=\dfrac{v_0\sin\alpha}{g}=\dfrac{8{,}0\times\sin 45^\circ}{9{,}81}=\dfrac{8{,}0\times0{,}707}{9{,}81}\approx0{,}58\ \text{s}\). (3 pts : 1 pt condition, 2 pts calcul)

Exercice 3 — Particule chargée dans un champ électrique (6 pts)

Un électron (charge \(q=-e=-1{,}60\times10^{-19}\) C, masse \(m=9{,}11\times10^{-31}\) kg) pénètre entre deux plaques où règne un champ électrique uniforme de valeur \(E=2{,}0\times10^{3}\ \text{V·m}^{-1}\). Son poids est négligeable devant la force électrique.

  1. Rappeler l'expression de la force électrique \(\vec{F}\) subie par une charge \(q\) dans un champ \(\vec{E}\). Que peut-on dire de son sens pour l'électron ? (2 pts)
  2. Calculer la valeur \(F\) de cette force. (2 pts)
  3. En déduire la valeur \(a\) de l'accélération de l'électron. (2 pts)

a) \(\vec{F}=q\,\vec{E}\). Comme \(q<0\) pour l'électron, la force est de sens opposé au champ \(\vec{E}\). (2 pts)

b) \(F=|q|\,E=1{,}60\times10^{-19}\times2{,}0\times10^{3}=3{,}2\times10^{-16}\ \text{N}\). (2 pts)

c) Deuxième loi de Newton (seule force : \(\vec{F}\)) : \(a=\dfrac{F}{m}=\dfrac{3{,}2\times10^{-16}}{9{,}11\times10^{-31}}\approx3{,}5\times10^{14}\ \text{m·s}^{-2}\). (2 pts)

Total : 5 + 9 + 6 = 20 points.