Forces et interactions

Réponse attendue : C, D, E

1. A — Faux. Non. Il subit au moins les interactions gravitationnelle avec la Terre et de contact avec la table, même au repos.

2. B — Faux. Non. Elles sont toutes deux exercées sur le livre. La réaction du livre sur la table est une autre force, appliquée à la table.

3. C — Vrai. Oui. Le support empêche le livre de traverser la table ; son action normale est dessinée vers le haut.

4. D — Vrai. Oui. Pour deux vecteurs verticaux opposés de même valeur appliqués au livre, la somme vectorielle est nulle.

5. E — Vrai. Oui. La gravitation terrestre agit sur le livre à distance ; sa représentation est verticale vers le bas près de la surface.

Réponse attendue : A, B, D

1. A — Vrai. Oui. Le fil tendu tire la masse le long de sa direction, vers son point d’attache. La flèche doit partir du point où le fil agit sur la masse, et non du plafond.

2. B — Vrai. Oui. Une masse immobile avec deux forces verticales opposées exige une somme nulle dans le cadre du principe d’inertie.

3. C — Faux. Non. Le poids est par définition l’action de la Terre sur la masse ; l’action de la masse sur la Terre est sa force réciproque.

4. D — Vrai. Oui. La force gravitationnelle terrestre sur la masse est orientée verticalement vers le bas. Cette action ne disparaît pas lorsque la tension du fil équilibre exactement le poids.

5. E — Faux. Non. La masse reçoit l’action du fil au point d’attache ; c’est une force exercée sur le système étudié.

Réponse attendue : A, D, E

1. A — Vrai. Oui. Pour que P soit en N avec m en kg, g doit être en N·kg⁻¹.

2. B — Faux. Non. 19,6 N est la valeur du poids, une force ; la masse annoncée est 2,0 kg.

3. C — Faux. Non. Le poids est exercé par la Terre à distance ; une éventuelle force de support du sol serait une autre action.

4. D — Vrai. Oui. La force gravitationnelle terrestre est orientée vers le centre de la Terre, approximativement verticale vers le bas près du sol.

5. E — Vrai. Oui. P = m g = 2,0 kg × 9,8 N·kg⁻¹ = 19,6 N ; les kg se simplifient.

Réponse attendue : B, C, D

1. A — Faux. Non. Le poids reste une force mesurée en newtons ; la masse est exprimée en kilogrammes.

2. B — Vrai. Oui. Le poids lunaire est la force gravitationnelle de la Lune sur le sac, orientée localement vers le bas lunaire.

3. C — Vrai. Oui. La masse décrit la quantité de matière du sac ; changer d’astre ne change pas cette valeur dans l’expérience.

4. D — Vrai. Oui. P_L = m g_L = 2,0 kg × 1,6 N·kg⁻¹ = 3,2 N. La masse ne change pas ; seule la valeur locale de g explique la différence avec la Terre.

5. E — Faux. Non. Les intensités de pesanteur diffèrent : 2,0 kg × 9,8 N·kg⁻¹ = 19,6 N sur Terre contre 3,2 N sur la Lune.

Réponse attendue : A, C, E

1. A — Vrai. Oui. Le trombone réagit alors qu’il n’y a pas de contact direct entre les deux objets.

2. B — Faux. Non. Ces deux forces agissent sur le même trombone ; les partenaires réciproques agissent sur l’aimant et sur la Terre.

3. C — Vrai. Oui. La Terre attire également le trombone ; on ne réduit pas le système à l’unique force magnétique.

4. D — Faux. Non. L’attraction magnétique est précisément observable sans contact : l’aimant exerce déjà une force sur le trombone, même séparés par de l’air.

5. E — Vrai. Oui. Les interactions sont réciproques ; les deux actions concernent deux systèmes différents. Cette réaction agit sur l’aimant et ne doit donc pas être dessinée sur le bilan du trombone.

Réponse attendue : B, C, E

1. A — Faux. Non. L’égalité des valeurs des forces réciproques ne dépend pas de l’égalité des masses ; les effets sur leurs mouvements peuvent différer.

2. B — Vrai. Oui. Les patineurs se poussent au point de contact pendant l’interaction décrite. Chaque patineur touche l’autre ; les forces réciproques s’appliquent à des corps distincts.

3. C — Vrai. Oui. Elles forment un couple d’actions réciproques au même instant, de mêmes directions et valeurs opposées.

4. D — Faux. Non. L’action de A sur B s’applique à B et ne figure pas dans le bilan des forces sur A.

5. E — Vrai. Oui. Les forces réciproques agissent sur deux systèmes différents ; il faut placer chaque flèche sur son patineur.

Réponse attendue : B, D, E

1. A — Faux. Non. La direction et le sens dépendent de l’orientation de la flèche, non de sa longueur uniquement.

2. B — Vrai. Oui. 3,0 cm × (2,0 N / 1,0 cm) = 6,0 N ; les cm se simplifient.

3. C — Faux. Non. L’échelle donne 2,0 N par cm : la valeur est proportionnelle à la longueur, soit 3,0 × 2,0 = 6,0 N.

4. D — Vrai. Oui. Un autre choix de N par cm conduirait à une flèche de longueur différente pour représenter le même vecteur.

5. E — Vrai. Oui. Une flèche de force ne décrit pas seulement une longueur ; son origine sur le système étudié est aussi significative.

Réponse attendue : A, B, E

1. A — Vrai. Oui. Le poids et l’action du sol existent généralement, mais l’énoncé demande la somme des deux tractions horizontales seulement.

2. B — Vrai. Oui. Les forces sont colinéaires et opposées : 5 N − 3 N = 2 N dans le sens de la plus grande.

3. C — Faux. Non. Elles sont toutes deux appliquées à la caisse ; les forces réciproques de la caisse sur chacune des personnes sont distinctes.

4. D — Faux. Non. On n’additionne pas les valeurs sans tenir compte des sens opposés ; 5 − 3 = 2 N vers la droite.

5. E — Vrai. Oui. Sur un axe orienté à droite, les composantes sont +5 N et −3 N, dont la somme est +2 N.

Réponse attendue : A

1. A — Vrai. Oui. Les forces sont perpendiculaires, donc la norme vaut √(3,0² + 4,0²) N = √25 N = 5,0 N.

2. B — Faux. Aucune force du modèle ne pointe vers le bas ; la composante verticale résultante est dirigée vers le haut.

3. C — Faux. Non. 3 + 4 conviendrait pour des forces colinéaires de même sens ; ici la géométrie perpendiculaire donne 5,0 N.

4. D — Faux. Non. Soustraire 4 − 3 ignore que les directions sont perpendiculaires ; les deux composantes sont orientées vers le haut et la droite.

5. E — Faux. Les composantes sont 3 N vers la droite et 4 N vers le haut : leur diagonale pointe obliquement.

Réponse attendue : C, E

1. A — Faux. Non. Cette force réciproque s’applique au fil ; le bilan sur le cerf-volant contient la force du fil sur lui.

2. B — Faux. Le vent est de l’air en mouvement et exerce une action de contact sur le cerf-volant.

3. C — Vrai. Oui. Un fil tendu tire sur l’objet à son point d’attache suivant la direction locale du fil.

4. D — Faux. Non. Plusieurs forces peuvent agir et éventuellement se compenser à un instant ; absence de mouvement vertical ne veut pas dire absence d’interactions.

5. E — Vrai. Oui. La gravitation terrestre agit même si l’objet est en l’air et soumis au vent. Elle agit vers le bas, indépendamment de la direction de la force aérodynamique.

Réponse attendue : A, B, C, E

1. A — Vrai. Cette force agit sur la Lune ; l’action réciproque de la Lune agit sur la Terre et figure dans un autre bilan.

2. B — Vrai. Oui. Les deux astres exercent une gravitation mutuelle sans contact matériel direct. Aucun contact matériel n’est nécessaire : chaque astre attire l’autre par gravitation.

3. C — Vrai. Oui. Ces forces réciproques agissent le long de la droite joignant les centres, avec même valeur et sens inverses.

4. D — Faux. Non. La gravitation est réciproque : les deux actions existent simultanément. L’action réciproque de la Lune sur la Terre a même valeur et sens opposé à l’autre.

5. E — Vrai. Oui. L’action de la Terre s’applique à la Lune, l’action de la Lune s’applique à la Terre.

Réponse attendue : C, D

1. A — Faux. Non. Le poids agit toujours ; d’autres forces peuvent le compenser vectoriellement. L’immobilité résulte du bilan vectoriel, non de la suppression d’une des interactions.

2. B — Faux. Non. C’est la composante normale de l’action du support qui est perpendiculaire au plan ; le poids est vertical.

3. C — Vrai. Oui. La direction du poids dépend de l’attraction terrestre locale, pas de l’inclinaison du support. Seules ses composantes selon les axes choisis changent lorsque l’on incline le plan.

4. D — Vrai. Oui. Le contact peut réunir une composante normale et une composante tangentielle de frottement. La composante tangentielle peut empêcher le bloc de glisser vers le bas du plan.

5. E — Faux. Le frottement statique peut être non nul et compenser la composante du poids parallèle au plan.

Réponse attendue : A, B, C, D

1. A — Vrai. La valeur fixe la longueur du vecteur seulement après le choix d’une échelle graphique, par exemple 1 cm pour 4 N.

2. B — Vrai. Oui. L’origine du vecteur se place au point d’application, ou à un point représentatif dans le modèle choisi.

3. C — Vrai. Oui. Sur une direction donnée, deux sens opposés produiraient deux vecteurs différents malgré la même valeur 12 N.

4. D — Vrai. Oui. Une corde tendue exerce une traction le long de sa direction. Sans cette direction, la donnée 12 N ne suffit pas à orienter le vecteur.

5. E — Faux. Non. Le newton (N) est l’unité correcte d’une force ; kg est une unité de masse.

Réponse attendue : A, B, C

1. A — Vrai. Oui. La table exerce cette force sur le palet aux zones de contact des surfaces. Elle n’agit pas à distance ; son point d’application est dans la zone de contact avec la table.

2. B — Vrai. Oui. L’interaction de contact est réciproque, mais la force du palet sur la table s’applique à la table.

3. C — Vrai. Oui. Pour un palet qui glisse à droite sur la table, le frottement cinétique est orienté vers la gauche.

4. D — Faux. Non. Le poids est exercé par la Terre vers le bas ; le frottement de la table est une autre force.

5. E — Faux. Non. Dans la situation annoncée de glissement relatif vers la droite, il s’oppose à ce glissement.

Réponse attendue : B, C, D

1. A — Faux. Non. Les deux forces de même valeur sont opposées ; on additionne les vecteurs, pas leurs valeurs sans signe.

2. B — Vrai. Oui. Ce bilan ne suffit pas à choisir entre repos et déplacement vertical à vitesse constante.

3. C — Vrai. Oui. La traction de 5000 N vers le haut compense le poids de 5000 N vers le bas dans le modèle indiqué.

4. D — Vrai. Oui. P = mg = 500 kg × 10 N·kg⁻¹ = 5000 N, dirigé verticalement vers le bas.

5. E — Faux. Non. Le bilan concerne la cabine : la force dessinée est celle du câble sur la cabine ; l’action inverse agit sur le câble.