1er Bac SM _____Série 2 - travail et puissance d'une force____ Prof DRISS
EXERCICE 1
Un pendule simple est constitué d’une boule de masse 50 g accrochée au bout
d’un fil de longueur 30 cm, de masse négligeable. La boule reçoit en A une impulsion qui
fait remonter jusqu’en B, de telle manière que le pendule fait alors un angle
α = 30◦ la avec la verticale.
1. Calculez le travail du poids de la boule entre A et B.
2. Quel est le travail entre A et B de la force exercée par le fil sur la boule ? Motivez !
3. Quel serait le travail du poids de la boule, si le pendule faisait un tour complet ? Expliquez !
EXERCICE 2
Un skieur de masse m=90,0 kg descend une piste inclinée d'un angle de 14° sur l'horizontale à
une vitesse constante de 70,0 km/h. Les forces de frottement de la piste sur les skis ainsi que celles de l'air ont une résultante F parallèle à la pente.
1. Faire l'inventaire des forces agissant sur le skieur.
2. Le principe d'inertie permet de calculer la valeur de F. Pourquoi ? Calculer F.
3. Quel est le travail de cette force lorsque le skieur parcourt une distance de 100 m dans ces conditions ?
4. Quelle est la puissance de F ?
5. Quel est le travail du poids du skieur pour ce même parcours ?
EXERCICE 3
Un disque de masse m = 100 g, de rayon r = 20 cm tourne autour de l’axe perpendiculaire au disque en son centre.
1) Il est animé d’un mouvement de rotation uniforme, entretenu grâce à un moteur qui fourni une puissance de 36 mW. Un point A, situé à la périphérie du disque est animé d’une vitesse de 2,4 m/s. a) Calculer la vitesse angulaire du disque.
b) Calculer la vitesse du point B situé à 2 cm du centre du disque.
c) Calculer le moment du couple moteur.
d) Calculer le travail effectué par le couple moteur quand le disque tourne de 10 tours.
2) On coupe l’alimentation du moteur : le disque s’arrête au bout de 8 s après avoir tourné de 7,6 tours. Le frottement peut être représenté par une force constante, d’intensité 1,5.10-2 N, tangente au disque.
a) Calculer le travail de cette force pendant cette phase du mouvement.
b) Calculer la puissance moyenne de la force de frottement durant cette phase.
c) Calculer la puissance (instantanée) de la force de frottement au commencement de cette phase
EXERCICE 4
Un treuil de rayon r = 10cm est actionné à l’aide d’une manivelle de longueur
L = 50cm. On exerce une force F perpendiculaire à la manivelle afin de
faire monter une charge de masse
faire monter une charge de masse
m = 50kg.
Le poids du treuil, de la manivelle et de la corde sont négligeables devant les autres forces qui leur sont appliquées.
Les frottements au niveau de la corde sont négligés.
1-Calculer la valeur de la force F
pour qu’au cours de la montée, le centre de masse de la charge soit en mouvement rectiligne uniforme.
2-Quel est le travail effectué par la force F quand la manivelle effectue N =10 tours ?
3-De quelle hauteur h la charge est-elle alors montée ?
4-La manivelle est remplacée par un moteur qui exerce sur le treuil un couple de moment constant M .
4.1-Le treuil tourne de N = 10tours. Le couple moteur fournit un travail égal à celui effectué par la force lors de la rotation précédente. Calculer le moment M du couple moteur.
4.2-La vitesse angulaire du treuil est constante et égale à w = 1tr.s-1. Quelle est la puissance du couple moteur