Lois de Newton: exercices commentés et résolus

À Les lois de Newton comprennent trois lois de la mécanique classique: la loi d'inertie, la loi fondamentale de la dynamique et la loi d'action et de réaction.

Testez vos connaissances avec le 8 questions ci-dessous et ne manquez pas l'occasion de clarifier vos doutes en suivant les résolutions après les commentaires.

question 1

Reliez les trois lois de Newton à leurs déclarations respectives.

1ère loi de Newton
2e loi de Newton
3ème loi de Newton

parenthèse gauche espace espace espace espace espace parenthèse droite Détermine que la force nette est égale au produit de la masse et de l'accélération du corps.

parenthèse gauche espace espace espace espace espace parenthèse droite Il stipule qu'à chaque action, il y a une réaction de même intensité, de même direction et de direction opposée.

parenthèse gauche espace espace espace espace espace parenthèse droite Indique qu'un corps a tendance à rester dans son état de repos ou dans un mouvement rectiligne uniforme, à moins qu'une force résultante n'agisse sur lui.

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Bonne réponse: (2); (3) et (1).

loi d'inertie (1ère loi de Newton): indique qu'un corps a tendance à rester dans son état de repos ou dans un mouvement rectiligne uniforme, à moins qu'une force résultante ne commence à agir sur lui.

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Loi fondamentale de la dynamique (2e loi de Newton): détermine que la force résultante est égale au produit de la masse et de l'accélération du corps.

loi d'action et de réaction (3ème loi de Newton): déclare qu'à chaque action il y a une réaction de même intensité, de même direction et de direction opposée.

question 2

(UFRGS - 2017) Une force de 20 N est appliquée à un corps de masse m. Le corps se déplace en ligne droite avec une vitesse qui augmente de 10 m/s toutes les 2 s. Quelle est la valeur, en kg, de la masse m ?

a) 5.
b) 4.
c) 3.
d) 2.
e) 1.

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Alternative correcte: b) 4.

Pour trouver la valeur de la masse, appliquons la deuxième loi de Newton. Pour cela, nous devons d'abord calculer la valeur d'accélération.

Comme l'accélération est égale à la valeur de variation de vitesse divisée par l'intervalle de temps, on a :

a égale 10 sur 2 égale 5 m divisé par s au carré

Remplacement des valeurs trouvées :

F est égal à m. a 20 est égal à m.5 m est égal à 20 sur 5 est égal à 4 espace kg

Par conséquent, la masse corporelle est de 4 kg.

question 3

(UERJ - 2013) Un bloc de bois est en équilibre sur un plan incliné de 45º par rapport au sol. L'intensité de la force que le bloc exerce perpendiculairement au plan incliné est égale à 2,0 N.

Entre le bloc et le plan incliné, l'intensité de la force de frottement, en newtons, est égale à :

a) 0,7
b) 1,0
c) 1.4
d) 2,0

Voir la réponse

Alternative correcte: d) 2.0.

Dans le schéma ci-dessous nous représentons la situation proposée dans le problème et les forces qui agissent dans le bloc :

Puisque le bloc est en équilibre sur le plan incliné, la force nette sur l'axe x et l'axe y est égale à zéro.

On a donc les égalités suivantes :

F_friction = P. 45e
N = P. cos 45e

Si N est égal à 2 N et sin 45° est égal à cos 45°, alors :

F_friction = N = 2 newtons

Par conséquent, entre le bloc et le plan incliné, l'intensité de la force de frottement est égale à 2,0 N.

Voir aussi:

plan incliné

Force de friction

question 4

(UFRGS - 2018) Le tir à la corde est une activité sportive dans laquelle deux équipes, A et B, tirent une corde aux extrémités opposées, comme le montre la figure ci-dessous.

Supposons que la corde soit tirée par l'équipe A avec une force horizontale de modulo 780 N et par l'équipe B avec une force horizontale de modulo 720 N. A un moment donné, la corde casse. Cochez l'alternative qui remplit correctement les blancs dans l'énoncé ci-dessous, dans l'ordre dans lequel ils apparaissent.

La force nette sur la corde, à l'instant immédiatement avant la rupture, a un module de 60 N et pointe vers ________. Les modules des accélérations des équipes A et B, à l'instant immédiatement après la rupture de la corde, sont respectivement de ________, en supposant que chaque équipe a une masse de 300 kg.

a) gauche - 2,5 m/s² et 2,5 m/s²
b) gauche - 2,6 m/s² et 2,4 m/s²
c) gauche - 2,4 m/s² et 2,6 m/s²
d) droite - 2,6 m/s² et 2,4 m/s²
e) droite - 2,4 m/s² et 2,6 m/s²

Voir la réponse

Alternative correcte: b) gauche - 2,6 m/s² et 2,4 m/s².

La force résultante pointe vers la direction de la plus grande force, qui dans ce cas est la force exercée par l'équipe A. Par conséquent, sa direction est vers la gauche.

Immédiatement après que la corde s'enclenche, nous pouvons calculer la quantité d'accélération acquise par chaque équipe grâce à la deuxième loi de Newton. Donc nous avons:

F avec un indice égal à m. a avec un indice A 780 égal à 300. a avec A indice a avec A indice égal à 780 sur 300 a avec A indice égal à 2 virgule 6 espace m divisé par s au carré

F avec l'indice B égal à m. a avec l'indice B 720 égal à 300. a avec indice B a avec indice B égal à 720 sur 300 a avec indice B égal à 2 virgule Espace de 4 m divisé par s au carré

Par conséquent, le texte avec les lacunes remplies correctement est :

La force résultante sur la corde, à l'instant immédiatement avant la rupture, a un module de 60 N et pointe vers le la gauche. Les modules des accélérations des équipes A et B, à l'instant immédiatement après la rupture de la corde, sont respectivement 2,6 m/s² et 2,4 m/s², en supposant que chaque équipe a une masse de 300 kg.

Voir aussi: Les lois de Newton

question 5

(Enem - 2017) Lors d'une collision frontale entre deux voitures, la force exercée par la ceinture de sécurité sur la poitrine et l'abdomen du conducteur peut causer de graves dommages aux organes internes. Avec la sécurité de son produit à l'esprit, un constructeur automobile a effectué des tests sur cinq modèles de ceintures différents. Les tests ont simulé une collision de 0,30 seconde et les poupées représentant les occupants étaient équipées d'accéléromètres. Cet équipement enregistre le module de décélération de la poupée en fonction du temps. Les paramètres tels que la masse de la poupée, les dimensions de la courroie et la vitesse immédiatement avant et après l'impact étaient les mêmes pour tous les tests. Le résultat final obtenu est dans le graphique de l'accélération par le temps.

Quel modèle de ceinture offre le plus faible risque de blessures internes au conducteur ?

à 1
b) 2
c) 3
d) 4
e) 5

Voir la réponse

Alternative correcte: b) 2.

Le problème nous dit que la force exercée par la ceinture de sécurité peut causer des blessures graves lors de collisions frontales.

Il faut donc identifier, parmi les modèles présentés et dans les mêmes conditions, celui qui exercera une force la moins intense sur le passager.

Par la deuxième loi de Newton, nous avons que la force résultante est égale au produit de la masse et de l'accélération :

F_R = m. le

Comme l'expérience a été réalisée en utilisant des marionnettes de même masse, la force résultante la plus faible sur le passager se produira lorsque l'accélération maximale est également plus petite.

En observant le graphique, nous identifions que cette situation se produira dans la ceinture 2.

Voir aussi: Deuxième loi de Newton

question 6

(PUC/SP - 2018) Un objet cubique, massif et homogène, d'une masse égale à 1500 g, est au repos sur une surface plane et horizontale. Le coefficient de frottement statique entre l'objet et la surface est égal à 0,40. Une force F, horizontal à la surface, est appliqué sur le centre de masse de cet objet.

Quel graphique représente le mieux l'intensité de la force de frottement statique F_friction en fonction de l'intensité F de la force appliquée? Considérez les forces impliquées dans les unités SI.

Voir la réponse

Alternative correcte: c.

Dans la situation proposée par le problème, le corps est au repos, donc son accélération est égale à 0. Considérant la 2e loi de Newton (F_R= m. a), alors la force nette sera également égale à zéro.

Comme décrit dans le problème, il existe une force F et une force de friction agissant sur le corps. De plus, nous avons également l'action de la force de poids et de la force normale.

Dans la figure ci-dessous, nous présentons le diagramme de ces forces :

Sur l'axe horizontal, tant que le corps reste au repos, on a la situation suivante :

F_R = F - F_friction = 0 F = F_friction

Cette condition sera vraie jusqu'à ce que la valeur de la force F atteigne l'intensité de la force de frottement maximale.

La force de frottement maximale se trouve par la formule :

F avec un t r i t o m á x indice fin de l'indice égal à mu avec e indice. N

A partir de la figure présentée ci-dessus, on remarque que la valeur de la force normale est égale à l'intensité de la force du poids, puisque le corps est au repos sur l'axe vertical. Puis:

N = P = m. g

Avant de remplacer les valeurs, il faut transformer la valeur de masse au système international, soit 1500 g = 1,5 kg.

N = 1,5. 10 = 15 N

Ainsi, la valeur de F_frictionmax se trouvera en faisant :

F_frictionmax= 0,4. 15 = 6N

Par conséquent, le F_friction sur le corps sera égale à la force F jusqu'à ce qu'elle atteigne la valeur de 6N, lorsque le corps sera sur le point de bouger.

question 7

(Enem - 2016) Une invention qui a signifié une grande avancée technologique dans l'Antiquité, la poulie composite ou l'association de poulies, est attribuée à Archimède (287 a. Ç. à 212 a. Ç.). L'appareil consiste à associer une série de poulies mobiles à une poulie fixe. La figure illustre un agencement possible pour cet appareil. Il est rapporté qu'Archimède aurait démontré au roi Hieram un autre arrangement de cet appareil, se déplaçant seul, sur le du sable sur la plage, un navire plein de passagers et de marchandises, quelque chose qui serait impossible sans la participation de nombreux Hommes. Supposons que la masse du navire soit de 3000 kg, que le coefficient de friction statique entre le navire et le sable soit de 0,8 et qu'Archimède tire le navire avec une force F avec flèche droite en exposant , parallèle à la direction du mouvement et avec un module égal à 400 N. Considérez les câbles et poulies idéaux, accélération de la gravité égale à 10 m/s² et que la surface de la plage est parfaitement horizontale.

Le nombre minimum de poulies mobiles utilisées, dans cette situation, par Archimède était

a) 3.
b) 6.
c) 7.
d) 8.
e) 10.

Voir la réponse

Alternative correcte: b) 6.

Les forces agissant sur le bateau sont représentées dans le schéma ci-dessous :

Sur le schéma, on remarque que le bateau, pour sortir du repos, nécessite que la force de traction T soit supérieure à la force de frottement statique maximale. Pour calculer la valeur de cette force, nous utiliserons la formule :

F avec un t r i t o m á x indice fin de l'indice égal à mu avec e indice. N espace

Dans cette situation, le module de poids est égal au module de force normale, on a :

F avec un t r i t o m á x indice fin de l'indice égal à mu avec e indice. m. g

En remplacement des valeurs renseignées, nous avons :

F_friction_max= 0,8. 3000. 10 = 24 000 N

On sait que la force F exercée par Archimède était égale à 400 N, donc cette force doit être multipliée par un certain facteur pour que son résultat soit supérieur à 2400 N.

Chaque poulie mobile utilisée double la valeur de la force, c'est-à-dire qu'en faisant une force égale à F, la force de traction (la force qui tirera le bateau) sera égale à 2F.

En utilisant les données du problème, nous avons la situation suivante :

1 poulie → 400. 2 = 400. 2¹ = 800N
2 poulies → 400. 2. 2 = 400. 2 ² = 1600 N
3 poulies → 400. 2. 2. 2 = 400. 2³ = 3200N
n poulies → 400. 2^non > 24 000 N (pour sortir du repos)

Ainsi, nous devons connaître la valeur de n, donc :

$400,2 à la puissance n supérieure à 24 espace 000 2 à la puissance n supérieure au numérateur 24 espace 000 sur le dénominateur 400 fin de fraction 2 à la puissance n supérieure à 60$

Nous savons que 2⁵ = 32 et que 2⁶ = 64, comme on veut trouver le nombre minimum de poulies en mouvement, alors à l'aide de 6 poulies il sera possible de déplacer le bateau.

Par conséquent, le nombre minimum de poulies mobiles utilisées, dans cette situation, par Archimède était de 6.

question 8

(UERJ - 2018) Dans une expérience, les blocs I et II, de masses respectivement égales à 10 kg et 6 kg, sont reliés entre eux par un fil idéal. Dans un premier temps, une force d'intensité F égale à 64 N est appliquée au bloc I, générant une tension T sur le fil._LES. Ensuite, une force de même intensité F est appliquée au bloc II, produisant une traction T_B. Regardez les schémas :

Sans tenir compte du frottement entre les blocs et la surface S, le rapport entre les tractions T avec un indice A sur T avec un indice B en italique gras signifie :

a parenthèse droite espace 9 sur 10 b parenthèse droite espace 4 sur 7 c parenthèse droite espace 3 sur 5 d parenthèse droite espace 8 sur 13

Voir la réponse

Bonne alternative: c parenthèse droite espace 3 sur 5 .

En appliquant la deuxième loi de Newton et la loi d'action et de réaction (troisième loi de Newton), nous pouvons écrire les systèmes pour chaque situation :

1ère situation

$le numérateur plus ouvre la table des clés attributs alignement des colonnes extrémité gauche attributs rangée com cellule avec F moins barré en diagonale vers le haut sur T avec un indice fin barré égal à m avec I souscrit. fin de cellule rangée avec cellule avec T avec un indice égal à m avec I I indice fin de l'indice. fin de cellule fin de tableau se ferme sur le dénominateur F égal à la parenthèse gauche m avec I indice plus m avec I I indice fin de l'indice parenthèse droite. dans l'ordre de la fraction$

2ème situation

$le numérateur plus ouvre les clés de la table des attributs alignement de la colonne extrémité gauche de la ligne d'attributs avec cellule avec F moins barré diagonale vers le haut sur T avec indice B fin de barré égal à m avec I I indice fin de l'indice fin de la cellule ligne avec cellule barrée en diagonale vers le haut sur la diagonale barrée vers le haut sur T avec B indice fin de la barre biffée fin de barré est égal à m avec I indice fin de cellule fin de tableau se termine sur le dénominateur F égal à gauche parenthèse m avec I indice plus m avec I I indice fin d'indice parenthèse droite. dans l'ordre de la fraction$