Contrôle Commun N° 01 Janvier 2000

Physique Première S

énoncé

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I- Mouvement d'un mobile. Exploitation d'un document.

II- Le pain de glace.

III- Coefficient de frottement.

 

 

 

 

I- Mouvement d'un mobile. Exploitation d'un document.

Un mobile autoporteur, de masse m = 300 g, sur une table horizontale, est relié à un point fixe K par un fil inextensible de longueur L = 4,5 cm.

Le fil est parallèle à la table lorsqu'il est tendu. Le point K est situé au centre de la table.

On lance le mobile fil tendu, avec une vitesse initiale v0 et on enregistre la position du centre d'inertie M à intervalle de temps τ = 25 ms.

On obtient le document I. On considère que les frottements sont négligeables.

1)- Sans faire de calcul, mais en observant l'enregistrement, donner les caractéristiques du mouvement du point M.

-    Les caractéristiques du mouvement du point M
-    Le mouvement est circulaire uniforme. Il est uniforme car les espaces parcourus pendant des intervalles de temps égaux sont les mêmes. Le mouvement est circulaire car le fil est tendu, le point M tourne autour du point K, toujours à la même distance du point K.

2)- Déterminer graphiquement la valeur de la vitesse v3 du point mobile M lorsqu'il occupe la position M3 et la valeur de la vitesse v10 lorsque le point mobile occupe la position M10.

3)- Tracer les vecteurs vitesses et  (échelle : 1 cm ↔ 0,10 m / s).

 

4)- En déduire les coordonnées cartésiennes des vecteurs vitesses  et   dans le repère .

 

5)- Faire le bilan des forces exercées sur le mobile autoporteur et les représenter sur le schéma ci-dessous.

 

6)- Le mobile est-il pseudo-isolé ? Justifier votre réponse. Quel est l'effet de la somme des forces appliquées au mobile sur le vecteur vitesse de celui-ci ?

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II- Le pain de glace.

Un camion circulant sur une route rectiligne et horizontale transporte, sur son plateau, un pain de glace. Le camion roulant à vitesse constante, le pain de glace reste au repos par rapport au plateau. Les frottements au contact glace / plateau sont négligeables.

 

1)- Faire le bilan des forces agissant sur le pain de glace et montrer que le pain de glace est pseudo-isolé dans le référentiel lié à la route. Faire un schéma explicatif.

2)- Le pain de glace est placé au centre du plateau. Le chauffeur freine. Que se passe-t-il ?

3)- En déduire l'intérêt de la ceinture de sécurité pour les passagers d'une automobile.

III- Coefficient de frottement.

Le but de cette étude est de déterminer le coefficient de frottement dynamique entre deux surfaces métalliques en contact. Le coefficient de frottement dynamique μ est défini par le rapport de la réaction tangentielle du support sur la réaction normale du support : .

On pose : avec eprésentant la force de frottement entre les deux surfaces métalliques, la réaction normale au support et  la réaction du support.

Pour calculer μ, on pose le cube métallique sur une table métallique horizontale. Il est relié à une masse marquée m. On augmente progressivement la valeur de la masse m.

Pour m = m1 = 0,20 kg, le dispositif est en équilibre mais pour m = m2 = 0,50 kg, le glissement est imminent c'est-à-dire que le cube est à la limite du mouvement et que la condition d'équilibre s'applique encore.

 

 

    Expérience I : Figure 1

Le cube, de masse M = 2,0 kg, est posé sur la table métallique horizontale. Il est relié par un fil passant sur une poulie à la masse m = m1 = 0,20 kg. Le dispositif est en équilibre.

1)- Faire le bilan des forces agissant sur le cube métallique. Donner l'expression littérale des coordonnées de chacune des forces dans le repère .

 

2)- Déterminer la valeur de chacune des forces agissant sur le cube (g = 10 N / kg).

    Expérience II : Figure 2

Le cube, de masse M = 2,0 kg, est posé sur la table métallique horizontale. Il est relié par un fil passant sur une poulie à la masse m = m2 = 0,50 kg. le glissement est imminent c'est-à-dire que le cube est à la limite du mouvement et que la condition d'équilibre s'applique encore.

3)- Déterminer la nouvelle valeur de la force de frottement RT et celle de la réaction R de la table sur le cube métallique.

4)- Déterminer la valeur de l'angle α en degrés, appelé angle de frottement, entre la réaction et la direction perpendiculaire à la table. Calculer la valeur du coefficient de frottement μ.


 
 

 

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