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Vidéo question :: Utilisation de la deuxième loi de Newton pour calculer la force subie par un objet Physique • Première année secondaire

Un objet de masse 75 kg subit une force. La courbe montre la variation de la vitesse de l’objet durant l’application de la force. Quelle est la valeur de la force appliquée à l’objet? Donnez la réponse au newton près.

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Transcription de la vidéo

Un objet de masse 75 kg subit une force. La courbe montre la variation de la vitesse de l’objet durant l’application de la force. Quelle est la valeur de la force appliquée à l’objet? Donnez la réponse au newton près.

Cette question nous montre un graphique, et ce graphique montre la variation de la vitesse d’un objet durant l’application d’une force. Le graphique représente la vitesse sur l’axe vertical en fonction du temps sur l’axe horizontal. Et donc, la pente du graphique, qui est définie comme la variation de la coordonnée verticale divisée par la variation de la coordonnée horizontale, est égale à la variation de la vitesse, Δ𝑣, divisée par la variation du temps, Δ𝑡. Nous pouvons rappeler que l’accélération d’un objet est égale au taux de variation de la vitesse de cet objet. Et le taux de variation de la vitesse sera égal au changement de vitesse divisé par le changement de temps durant lequel ce changement de vitesse se produit. Cela signifie que l’accélération 𝑎 d’un objet est égale à la pente du graphique vitesse-temps de cet objet.

Maintenant, la question ne nous demande pas réellement de trouver l’accélération, mais plutôt la force qui est appliquée à l’objet. Cependant, nous allons voir qu’il sera utile de trouver d’abord cette accélération afin de calculer ensuite la force. La raison en est la deuxième loi de Newton sur le mouvement. Cela signifie que la force appliquée à un objet est égale à la masse de l’objet multipliée par son accélération. Ceci est souvent écrit en termes de symboles, en particulier la force 𝐹 est égale à la masse 𝑚 multipliée par l’accélération 𝑎. La question nous dit que la masse de l’objet est de 75 kilogrammes. Donc, dans cette équation, nous connaissons la valeur de 𝑚. Cela signifie que si nous pouvons calculer la valeur de l’accélération 𝑎, alors nous avons toutes les informations dont nous avons besoin pour calculer la force appliquée à l’objet.

Alors, travaillons sur la valeur de 𝑎 en trouvant la pente de ce graphique vitesse-temps. Nous allons considérer les deux points qui se trouvent juste aux extrémités du graphique. Donc, c’est ce point ici à gauche et ce point à droite. Nous pouvons voir que le point de gauche est à une valeur de temps de zéro seconde. Pendant ce temps, en traçant du point de droite jusqu’à l’intersection avec l’axe des temps, nous voyons que ce point a une valeur de temps de cinq secondes. La variation du temps entre ce point et ce point de la courbe, qui est Δ𝑡, est égale à cinq secondes, donc c’est la valeur de temps au point à droite, moins zéro seconde, la valeur de temps au point à gauche. Cela nous donne que Δ𝑡 est égal à cinq secondes.

Ensuite, nous examinerons les valeurs de vitesse. Nous pouvons voir que le point à gauche a une valeur de vitesse de zéro mètre par seconde. Ensuite, en regardant maintenant le point à droite, on voit qu’il arrive jusqu’à cette hauteur sur l’axe des vitesses. Cette hauteur est un cinquième du chemin entre la marque des 12 mètres par seconde et la marque suivante, qui est de 14 mètres par seconde. Cela lui donne une valeur de 12,4 mètres par seconde. Ensuite, la variation de vitesse Δ𝑣 entre les deux points du graphique est égale à 12,4 mètres par seconde, c’est la vitesse au point à droite, moins zéro mètre par seconde, la vitesse au point à gauche. Cela nous donne que Δ𝑣 est égal à 12,4 mètres par seconde.

Nous pouvons maintenant substituer ces valeurs pour Δ𝑣 et Δ𝑡 dans cette expression. Cela nous permet de calculer la pente du graphique, ce qui nous donne l’accélération 𝑎 de l’objet. La substitution de nos valeurs nous donne que 𝑎 est égal à 12,4 mètres par seconde divisé par cinq secondes. Ensuite, en évaluant l’expression, nous constatons que 𝑎 est égal à 2,48 mètres par seconde au carré. Donc, nous connaissons la masse 𝑚 de l’objet, et nous avons maintenant trouvé l’accélération de l’objet 𝑎. Nous pouvons maintenant prendre ces valeurs et les substituer dans cette équation pour calculer la force 𝐹 qui est appliquée à l’objet. En substituant les valeurs, nous obtenons que 𝐹 est égal à 75 kilogrammes, c’est la valeur de 𝑚, multipliée par 2,48 mètres par seconde au carré, la valeur de 𝑎.

À ce stade, il convient de noter que la masse est exprimée en kilogrammes, l’unité de masse de base SI et l’accélération est exprimée en mètres par seconde au carré; c’est l’unité de base SI de l’accélération. Puisque ces deux grandeurs sont exprimées dans leurs unités de base SI, cela signifie que la force que nous allons calculer sera dans l’unité de base SI, qui est le newton. En évaluant cette expression, nous calculons une force de 186 newtons. Cette valeur est la force appliquée à l’objet, et c’est ce qu’on nous a demandé de trouver.

Nous pouvons remarquer que la question nous a demandé de donner notre réponse au newton près. Mais notre résultat est déjà un nombre entier de newtons, nous n’avons donc rien à faire de plus. Cela signifie que notre réponse finale à la question est que la valeur de la force appliquée à l’objet est de 186 newtons.

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