Forces : représentation et effets — Exercices

Identifier, représenter et classer les effets des forces. Corrigé détaillé inclus.

⏱ ~25 min✎ Règle graduée et crayon requis

1Identifier les 4 caractéristiques/ 4 pts

Un livre est posé sur une table. La table exerce sur le livre une force verticale vers le haut, appliquée au centre de la face inférieure du livre, de valeur $5\,\text{N}$. Réponds aux questions suivantes.

Quelle est la valeur de cette force ?
Quelle est sa droite d'action ?
Quel est son sens ?
Où se trouve son point d'application ?

2Calculer la longueur de la flèche/ 6 pts

Pour chaque force, calcule la longueur $\ell$ de la flèche à tracer avec l'échelle indiquée.

$F_1 = 4\,\text{N}$, échelle : $1\,\text{cm} \leftrightarrow 2\,\text{N}$.
$F_2 = 15\,\text{N}$, échelle : $1\,\text{cm} \leftrightarrow 5\,\text{N}$.
$F_3 = 6\,\text{N}$, échelle : $1\,\text{cm} \leftrightarrow 3\,\text{N}$.

3Effets des forces/ 4 pts

Pour chaque situation, indique si la force produit une déformation, une modification du mouvement, ou les deux. Justifie brièvement.

Un joueur frappe un ballon au repos : le ballon part en l'air.
On appuie sur un ressort : il se raccourcit.
Une voiture roule en ligne droite et le conducteur freine : la voiture ralentit.
On pétrit de la pâte à pain : elle change de forme.

4Problème — Le poids d'un sac/ 6 pts

Un sac à dos exerce sur le sol une force verticale vers le bas (son poids) de valeur $P = 12\,\text{N}$. On choisit l'échelle $1\,\text{cm} \leftrightarrow 3\,\text{N}$.

Calcule la longueur de la flèche représentant $P$.
Décris les 4 caractéristiques de cette force.
Le sol exerce en retour sur le sac une force de même valeur mais de sens opposé (réaction normale). Quelle est la longueur de la flèche représentant cette réaction ?

Corrigé détaillé

1Identifier les 4 caractéristiques

a) $\text{Valeur :}$ $F = 5\,\text{N}$

b) $\text{Droite d'action :}$ $\text{verticale}$

c) $\text{Sens :}$ $\text{vers le haut}$

d) $\text{Point d'application :}$ $\text{centre de la face inférieure du livre}$

2Calculer la longueur de la flèche

a) $\ell_1 = \dfrac{F_1}{k} = \dfrac{4}{2} =$ $2\,\text{cm}$

b) $\ell_2 = \dfrac{F_2}{k} = \dfrac{15}{5} =$ $3\,\text{cm}$

c) $\ell_3 = \dfrac{F_3}{k} = \dfrac{6}{3} =$ $2\,\text{cm}$

3Effets des forces

a) $\text{Le ballon passe de l'état de repos à l'état de mouvement.}$ $\text{Modification du mouvement (et légère déformation au contact du pied).}$

b) $\text{Le ressort change de longueur.}$ $\text{Déformation.}$

c) $\text{La vitesse de la voiture diminue.}$ $\text{Modification du mouvement.}$

d) $\text{La pâte change de forme.}$ $\text{Déformation.}$

4Le poids d'un sac

a) $\ell = \dfrac{P}{k} = \dfrac{12}{3} =$ $4\,\text{cm}$

b) $\text{Point d'application : centre du sac.}\quad\text{Droite d'action : verticale.}$ $\text{Sens : vers le bas.}\quad P = 12\,\text{N}$

c) $\text{Même valeur } (12\,\text{N}),\text{ même échelle} \Rightarrow \ell = \dfrac{12}{3} =$ $4\,\text{cm}\text{ (flèche vers le haut)}$