Exemples d’actions mécaniques exercices corrigés

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Évaluations corrigés

Exercice 1

On considère le dispositif expérimental suivant :
Le corps S est en équilibre


1) Pour chacune des actions mécaniques suivantes, mettez une croix dans la case correspondante pour préciser s’il s’agit d’une force à distance ou de contact répartie ou localisé.

Actionà distanceDe contact localiséContact réparti
Action de la terre sur le corps   
Action de la terre sur le support   
Action du ressort sur le support   
Action du ressort sur le corps   
Action du corps sur le ressort   
Action du support sur le ressort   
Action du plan sur le support   

2) Représentez la force exercée par le ressort et celle exercée par la terre sur le corps S ?sachant que le poids du corps est P=3N.
en prenant pour échelle \( (1,5cm \rightarrow 3N) \)

Exercice 2

Un corps S de masse m=0,45 kg est maintenu en équilibre sur un plan incliné à l’aide d’un ressort constante de raideur. \( K = 25N/m \) et de longueur initiale \( \ell_0 = 10cm \).
L’axe du ressort est parallèle à la ligne de plus grande pente (voir schéma). On admet que le contact entre le cube et le plan se fait sans frottement.
on donne longueur finale du ressort : \( \ell_f = 18cm \), intensité de pesanteur \( g=10N/kg \).
\(\alpha = 30^\circ\)

  1. Quelles sont les actions mécaniques que subit le corps S ?
  2. Pour chacune des forces, précisez si l’action exercée sur le système est une action de contact ou à distance.
  3. Pour chacune des actions de contact, précisez si l’action exercée sur le système est une action de contact localisée ou répartie.
  4. Calculez l’intensité de la force exercée par le ressort sur le corps S.
  5. Calculez l’intensité du poids du corps S.
  6. Sachant que l’intensité de la force exercée par le plan sur le corps est R=4N ? Donnez les caractéristiques de chaque force.
  7. Représentez les forces qui s’exercent sur le corps S qui sera représenté par un point.
    Echelle de représentation : 1cm pour 1N.

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Exercice 3 : Équilibre sur un plan incliné

Un solide est en équilibre sur un plan incliné d’un angle \(\alpha = 15^\circ\) par rapport à l’horizontale. On néglige les forces de frottements dues à l’air. Données : poids du solide P=5N.

  1. Le centre d’inertie du solide étant au repos par rapport au plan incliné.
    1. Faire le bilan des actions mécaniques.
    2. Faire le bilan des forces et donner leurs caractéristiques.
    3. Donner la relation existante entre les forces.
    4. Projeter la relation précédente sur un système d’axe (Ox, Oy).
    5. Déterminer la valeur de toutes les forces.
  2. On lubrifie la surface de contact entre le solide et le plan.
    1. Représenter les forces s’exerçant sur le solide.
    2. Quelle va être la nature du mouvement du solide ? 

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Exercice 4

On considère un corps solide S de masse m=204g, son poids P=2N est en mouvement sur un plan horizontal.

  1. Calculer la valeur de l’intensité de pesanteur dans le lieu ou se trouve le corps S…
  2. Sachant que contact entre le corps S et le plan se fait avec frottement et que l’intensité de la composante normale de la réaction \( R_N = 4N \) et celle de la composante tangentielle \( R_T = 3N \)
    1. Calculer l’intensité de la force \( R \) exercée par le plan sur le corps S.
    2. Quelle est la valeur du coefficient de frottement?
    3. En déduire la valeur de l’angle de frottement.
  3. Représenter les deux forces \( P \) et \( R \) en utilisant l’échelle suivante : \( lcm \to 1N \)

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Exercice 5 :  skieur

Un skieur de masse m = 80 kg descend une piste inclinée à α = 12° à vitesse constante v = 42 km/h. Les frottements sont modélisés par une force f opposée au mouvement.

  1. Faire le bilan des forces
  2. Quelle relation vectorielle vérifient-elles ?
  3. Calculer f, R et le coefficient de frottement k

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Exercice 6 : Balle immobile

Une balle de masse m = 50,0 g est posée immobile sur le sol. Donnée : g = 9,8 N·kg⁻¹.

  1. Quelles forces s’appliquent sur la balle ?
  2. Que peut-on dire de ces forces ? Justifier
  3. Préciser leurs caractéristiques
  4. Représenter ces forces (échelle : 1 cm → 0,250 N)

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Exercice 7 : Pendule 

Un pendule de masse m = 200 g est au repos. Donnée : g = 10 N/kg.

  1. Caractéristiques de deux forces qui se compensent
  2. Calculer le poids du pendule
  3. Identifier les deux forces appliquées
  4. Donner leurs caractéristiques et les représenter

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Exercice 8 : Force pressante

Un gaz contenu dans une enceinte en forme de parallélépipède. L’aire de la surface grisée est de 430 cm². Le gaz à l’intérieur est à la pression P = 15 bar.

  1. Donner l’expression littérale de l’intensité de la force pressante sur la surface grisée en précisant les unités.
  2. Calculer l’intensité de la force pressante sur la surface grisée.
  3. Préciser les autres caractéristiques de cette force.
  4. Représenter cette force sur le schéma (échelle : 1cm → 3×10⁴N). 

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Exercice 9 : Pression d’une pièce

Une pièce de monnaie est posée à plat sur une table. Sa masse est m = 2,3 g et son diamètre d = 16,25 mm. On donne : g = 9,81 N·kg⁻¹.

  1. Calculer l’aire S (en m²) de la pièce en contact avec le plan de la table.
  2. Calculer la valeur de l’intensité du poids P de la pièce.
  3. Quelle pression la pièce exerce-t-elle sur la table ?

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Exercice 10 : Pression et forces

Données : 1 bar = 105 Pa
Expression du poids : P = m·g avec g = 9,8 N·kg-1
1 cm² = 10-2 dm² = 10-4 m²
Aire d’un disque : S = πR² = π(D/2)²

1. Compléter le tableau :

 Cas n°1Cas n°2Cas n°3
F en N4,5×10² 9,0×10²
S en m²2,5×10-25,0×10-2 
P en Pa 9,0×10³3,6×10⁴
Expression à utiliser F = P×S 

2. Choisir les bonnes réponses :

2.1 Pour une surface S donnée, la pression P est proportionnelle/inversement proportionnelle à F :
Lorsque F est doublée, P est doublée/divisée par 2.

2.2 Pour une force F donnée, la pression est proportionnelle/inversement proportionnelle à S :
Lorsque S est doublée, P est doublée/diminuée de moitié.

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Exercice 11 : Expérience du verre d’eau

On remplit complètement un verre avec de l’eau. On glisse un morceau de carton rigide pour recouvrir l’eau, puis on retourne rapidement le verre. Le carton reste immobile et l’eau ne tombe pas !

Données :
Diamètre du verre : D = 6,8 cm
Contenance : 250 mL d’eau
Masse volumique de l’eau : ρ = 1 g/mL
Pression atmosphérique : Patm = 1,0 bar = 1,0×105 Pa
Intensité de pesanteur : g = 9,8 N·kg-1

  1. Calculer la masse d’eau dans le verre
  2. En déduire le poids Peau de l’eau
  3. Déterminer la force pressante exercée par l’eau sur le carton
  4. Expliquer pourquoi l’eau ne tombe pas

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Exercice 12 : Ballon gonflé

On gonfle un ballon sous une pression P = 1,7 bar. Le rayon du ballon est de 20 cm.

  1. Donner la relation entre P, F et S avec leurs unités
  2. Calculer la force pressante F exercée sur 1 cm² de paroi
  3. Représenter et caractériser cette force en un point M

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