Principe d’inertie

Réponse attendue : A, C, D

1. A — Vrai. Oui. Sans frottement significatif, une vitesse rectiligne constante peut persister lorsque les forces se compensent. Le rôle d’une force non compensée serait de modifier la vitesse, pas de la maintenir constante.

2. B — Faux. Non. Son poids et l’action de support de la table existent et se compensent approximativement dans le modèle.

3. C — Vrai. Oui. Dans l’expérience réelle, des frottements résiduels expliquent pourquoi « presque constante » n’est pas une égalité parfaite.

4. D — Vrai. Oui. Le vecteur vitesse est approximativement constant ; le principe d’inertie relie ce mouvement à une résultante de forces négligeable.

5. E — Faux. Non. Elle est aussi compatible avec un mouvement rectiligne uniforme dans un référentiel galiléen. Si le palet possédait déjà une vitesse horizontale, il la conserverait sans poussée motrice.

Réponse attendue : A, B, C

1. A — Vrai. Oui. Au repos dans ce référentiel supposé galiléen, le principe d’inertie impose une résultante nulle. Le poids est compensé par la tablette, malgré le déplacement du train par rapport au sol.

2. B — Vrai. Oui. Sa position par rapport à la tablette ne change pas pendant l’intervalle considéré. Cette immobilité relative n’empêche pas la valise d’avancer avec le train vue du quai.

3. C — Vrai. Oui. Elle suit le train avec sa vitesse constante par rapport au quai, sans contradiction avec la description au repos dans le train.

4. D — Faux. Non. Repos et mouvement rectiligne uniforme correspondent tous deux à un vecteur vitesse constant dans des référentiels galiléens appropriés.

5. E — Faux. Non. La Terre continue d’exercer son poids ; la tablette exerce une action de support qui peut le compenser.

Réponse attendue : A, D, E

1. A — Vrai. Oui. La direction tangentielle suit le virage, même si la valeur affichée sur le compteur reste constante.

2. B — Faux. Non. Le principe concerne le vecteur vitesse complet, pas seulement sa norme. Dans le virage, l’orientation tangentielle change continuellement, même avec le même affichage de vitesse.

3. C — Faux. Non. Une trajectoire circulaire n’est pas rectiligne, condition de l’inertie avec somme nulle. Le mot uniforme peut décrire la norme de la vitesse, mais pas rendre circulaire et rectiligne synonymes.

4. D — Vrai. Oui. En référentiel terrestre approximativement galiléen, une variation du vecteur vitesse indique une résultante non nulle. Une action latérale doit courber le mouvement au lieu de laisser la voiture poursuivre sa tangente.

5. E — Vrai. Oui. Une interaction avec la chaussée peut modifier la direction du mouvement sans nécessairement changer sa valeur à cet instant.

Réponse attendue : B, C, D

1. A — Faux. Non. La chute libre à une dimension dans ce modèle voit sa valeur de vitesse augmenter. La pesanteur agit après le lâcher et accroît la vitesse dirigée vers le sol.

2. B — Vrai. Oui. En négligeant l’air, la Terre exerce le poids vers le bas et aucune autre force ne l’annule.

3. C — Vrai. Oui. C’est l’hypothèse de la chute libre retenue ici pour limiter le bilan des forces au poids.

4. D — Vrai. Oui. Parti de zéro, il acquiert une composante dirigée vers le bas sous l’effet de la résultante non nulle.

5. E — Faux. Non. Une vitesse nulle à un instant n’implique pas une résultante nulle ; le poids agit dès le lâcher.

Réponse attendue : B, C, E

1. A — Faux. Non. Au sommet, la balle s’arrête un instant mais son poids agit encore, ce qui prépare sa descente.

2. B — Vrai. Oui. La Terre attire la balle vers le bas quelle que soit la direction momentanée de son mouvement.

3. C — Vrai. Oui. Une force résultante vers le bas modifie la vitesse initialement orientée vers le haut. La pesanteur est opposée au mouvement pendant la montée ; elle le ralentit jusqu’au sommet.

4. D — Faux. Non. Après le lâcher, il n’y a plus de contact avec la main ; dans le modèle annoncé, seul le poids agit.

5. E — Vrai. Oui. Même si la trajectoire est verticale, le vecteur vitesse change de valeur pendant la montée.

Réponse attendue : A, B, D

1. A — Vrai. Oui. Les forces horizontales se compensent et le poids est compensé verticalement par le support. La compensation doit concerner toutes les directions, pas seulement la paire traction-frottement.

2. B — Vrai. Oui. Avec droite positive, 12 N − 12 N = 0 N ; les deux contributions horizontales se compensent.

3. C — Faux. Non. Il est explicitement donné : c’est la traction de même valeur qui compense son effet horizontal.

4. D — Vrai. Oui. En référentiel terrestre approximativement galiléen, la résultante nulle correspond au mouvement rectiligne uniforme décrit. Le mouvement observé et l’annulation des deux composantes de force se correspondent dans ce référentiel.

5. E — Faux. Non. Les deux s’appliquent à la caisse ; les actions réciproques de la caisse s’appliquent aux objets qui la tirent ou au sol.

Réponse attendue : A, C, E

1. A — Vrai. Oui. Interactions avec la chaussée et l’air peuvent contribuer au freinage selon le modèle choisi. Il faut notamment identifier le contact avec la route avant d’attribuer le ralentissement à une force particulière.

2. B — Faux. Non. Pendant le freinage, le véhicule se déplace encore vers l’avant alors que l’action résultante responsable du ralentissement peut être vers l’arrière.

3. C — Vrai. Oui. La contraposée du principe d’inertie relie variation du vecteur vitesse à une résultante non nulle.

4. D — Faux. Non. L’interaction gravitationnelle avec la Terre continue ; elle n’explique pas à elle seule la variation horizontale.

5. E — Vrai. Oui. Sur une droite de sens fixé, la valeur de la vitesse baisse : le vecteur change.

Réponse attendue : A, B, E

1. A — Vrai. Oui. Avec une vitesse initiale non nulle, une résultante nulle conserve ce vecteur vitesse constant. La direction et la valeur initiales restent inchangées tant que le modèle conserve cette somme nulle.

2. B — Vrai. Oui. Si l’objet est déjà immobile, une résultante nulle conserve sa vitesse nulle. Le bilan ne permet pas de savoir si la vitesse initiale était nulle ou non.

3. C — Faux. Non. Les forces ont des sens opposés ; l’addition algébrique est +4 N − 4 N = 0 N.

4. D — Faux. Non. Elle fixe l’absence de variation du vecteur vitesse, pas sa valeur initiale. Un objet déjà lancé pourrait poursuivre sans ralentir si aucune autre force ne déséquilibre ces deux actions.

5. E — Vrai. Oui. Les deux vecteurs de même valeur et de sens opposés se compensent : +4 N − 4 N = 0 N.

Réponse attendue : A, D, E

1. A — Vrai. Oui. Une résultante non nulle contredit un repos durable ou un mouvement rectiligne uniforme du palet dans ce modèle.

2. B — Faux. Non. La force résultante renseigne sur la variation de vitesse, pas sur le sens de la vitesse déjà acquise à un instant.

3. C — Faux. Non. Il faut aussi comparer leurs valeurs : 5 N et 2 N ne sont pas égales.

4. D — Vrai. Oui. Ce sont les forces exercées sur le palet qui ont été additionnées ; changer de système imposerait un autre bilan.

5. E — Vrai. Oui. En orientant l’axe à droite : +5 N − 2 N = +3 N.

Réponse attendue : E

1. A — Faux. La conclusion par le principe d’inertie suppose un référentiel galiléen et reste liée au modèle des mesures.

2. B — Faux. Des positions espacées dans le temps sont compatibles avec un mouvement uniforme, sans démontrer chaque instant intermédiaire.

3. C — Faux. Non. Une force vers l’avant non compensée ferait varier le vecteur vitesse dans le référentiel galiléen.

4. D — Faux. Non. L’intervalle entre deux clichés consécutifs est Δt = 0,20 s. Les quatre intervalles successifs durent au total 4 × 0,20 s = 0,80 s.

5. E — Vrai. Oui. Les positions sont alignées et les distances parcourues sont égales pendant des durées égales. Ce relevé est compatible avec une vitesse constante, sans démontrer ce qui se passe entre les clichés.

Réponse attendue : C, D

1. A — Faux. Non. Même si la direction reste la même, les valeurs associées aux déplacements 1, 2 et 3 cm ne sont pas égales.

2. B — Faux. Il faut soustraire les positions successives : 1 − 0 = 1 cm, 3 − 1 = 2 cm et 6 − 3 = 3 cm.

3. C — Vrai. Oui. Le principe d’inertie exigerait un vecteur vitesse constant si la somme était nulle. Les distances croissantes pendant des durées égales signalent au contraire une variation de la vitesse.

4. D — Vrai. Oui. Les durées valent toutes 0,20 s ; des déplacements croissants conduisent à des vitesses moyennes locales croissantes.

5. E — Faux. Non. Les positions et durées montrent une variation ; sans modèle dynamique et données complémentaires, on ne peut attribuer une valeur en N à chaque force.

Réponse attendue : A, B, C, E

1. A — Vrai. Oui. Le sommet est un instant de changement de sens alors que le poids non compensé reste présent.

2. B — Vrai. Même quand la vitesse instantanée est nulle, le poids reste dirigé vers le bas et modifie ensuite le mouvement.

3. C — Vrai. Oui. L’attraction terrestre ne s’annule pas au sommet ; elle modifie encore la vitesse après cet instant.

4. D — Faux. Non. Le poids P = mg dépend de la masse et de la pesanteur, pas de la vitesse instantanée.

5. E — Vrai. Oui. Une valeur zéro isolée ne suffit pas à conclure que le vecteur vitesse reste zéro. Au sommet, le repos instantané précède une redescente ; il ne constitue pas un repos durable.

Réponse attendue : A, C

1. A — Vrai. Oui. La tangente au cercle change à chaque position, même si la valeur de la vitesse reste presque identique.

2. B — Faux. Sur une orbite circulaire, le vecteur vitesse change de direction : le mouvement n’est pas rectiligne uniforme.

3. C — Vrai. Oui. La gravitation terrestre contribue au changement de direction du vecteur vitesse. Une accélération dirigée vers la Terre courbe sa trajectoire, même si sa rapidité change peu.

4. D — Faux. Non. La Terre l’attire à distance ; cette interaction reste présente en orbite. Sans attraction vers la Terre, il poursuivrait localement une droite tangente plutôt que le cercle.

5. E — Faux. Non. Une altitude ou distance approximativement stable n’annule pas le changement de direction ; la trajectoire courbe exige une résultante non nulle.

Réponse attendue : B, C, D, E

1. A — Faux. Non. Deux positions identiques à des dates séparées ne déterminent pas le vecteur vitesse à chaque instant ni la résultante.

2. B — Vrai. Oui. Elle pourrait partir puis revenir ; il faudrait des observations continues ou un autre renseignement.

3. C — Vrai. Deux positions finales identiques donnent un déplacement nul, mais n’excluent pas un trajet aller-retour. Le bilan des seules positions extrêmes ne décrit pas la longueur du trajet intermédiaire.

4. D — Vrai. Oui. La position initiale et la position finale sont les mêmes, ce qui fixe le déplacement net à zéro sans fixer la distance parcourue.

5. E — Vrai. Oui. Une série de mesures sur l’intervalle permettrait de voir repos, aller-retour ou autres variations.

Réponse attendue : B, D, E

1. A — Faux. Non. La sensation relative au bus en accélération ne suffit pas à identifier une action extérieure vers l’arrière dans le référentiel du sol.

2. B — Vrai. Oui. Elle peut le tirer vers l’avant afin qu’il accompagne l’accélération du bus. Cette force de la ceinture agit sur le corps pour lui communiquer une accélération réelle.

3. C — Faux. Non. Ici la description du déplacement apparent dépend fortement du bus accéléré ou du sol considéré.

4. D — Vrai. Oui. Tant qu’une force horizontale n’a pas suffisamment modifié sa vitesse, le bus avance sous lui et il paraît partir vers l’arrière du bus.

5. E — Vrai. Oui. Le bus change de vitesse ; la forme simple du principe d’inertie ne s’y applique pas directement sans précaution.