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Feuille d'activités de la leçon : Force centripète Physique

Dans cette feuille d’activités, nous nous entraînerons à analyser les intensités, les directions et les sources de forces qui agissent sur les objets se déplaçant le long de trajectoires circulaires.

Q1:

Quelle est l'intensité de la force centripète qui doit agir sur un objet de masse 1,0 kg pour le déplacer le long d'un chemin circulaire de diamètre 1,0 m, en complétant un cercle toutes les 1,0 s? Donne ta réponse au newton près.

Q2:

Une voiture avec une masse de 360 kg se déplace à vitesse constante le long d'une route plate et circulaire autour d'un rond-point. Le rayon du rond-point est égal à 12 m. Il faut 28 s à la voiture pour faire le tour complet du rond-point.

Quelle est la force de frottement entre les roues de la voiture et la surface de la route? On donnera une réponse arrondie au newton près.

  • A81 N
  • B54 N
  • C6 N
  • D218 N
  • E350 N

Quel est le coefficient de frottement statique entre les roues de la voiture et la surface de la route? On utilisera une valeur de 9,8 m/s2 pour l'accélération de la pesanteur. On donnera une réponse arrondi à trois chiffres après la virgule.

  • A0,023
  • B0,015
  • C0,099
  • D0,062
  • E0,002

Q3:

Un disque rotatif est muni d'une ficelle qui tient une petite sphère d'une masse de 16 g. La ficelle est suspendue à un point situé à une distance négligeable de son centre, comme le montre le dessin. Le disque tourne uniformément autour de son centre avec une vitesse angulaire de 24 rad/s. La ficelle fait un angle de 𝑡𝑒𝑡𝑎=36 avec l'axe de rotation du disque.

Quelle est l'intensité de la force verticale exercée sur la sphère par la corde?

Quelle est la distance 𝑟 entre l'axe de rotation du disque et la trajectoire circulaire suivie par la sphère?

Quelle est l'intensité de la force horizontale exercée sur la sphère par la ficelle?

Quelle est l'intensité de la force nette exercée sur la sphère par la ficelle?

Q4:

Une voiture avec une masse de 660 kg roule à vitesse constante le long d’une voie circulaire lisse, comme illustré sur le schéma. La voiture suit un chemin le long du centre de la piste, en maintenant une distance constante de 𝑟=22m depuis le centre de sa trajectoire circulaire. L'angle de la piste au-dessus de l'horizontale est de 𝜃=28.

Quel est l'angle 𝜃 à partir de la verticale à laquelle agit 𝑅, la force de réaction sur la voiture depuis la surface de la piste?

Quelle est l'intensité de la force qui agit sur la voiture le long de 𝑟?

Combien de temps la voiture met-elle pour revenir à un même point le long de sa trajectoire?

Q5:

Une pierre ayant une masse de 1,6 kg est attachée à une corde et se déplace sur une trajectoire horizontale et circulaire avec une vitesse angulaire constante de 6,1 rad/s. La corde à laquelle la pierre est attachée est uniforme et a une longueur de 0,33 m, comme indiqué sur la figure. La longueur de la corde est égale au rayon du cercle tout au long du mouvement de la pierre.

Quel est le rapport entre la force maximale et la force minimale que la corde peut appliquer à la pierre? On donnera une réponse arrondie au dixième.

Quelle est la force que la corde exerce sur la pierre lorsque la corde fait un angle 𝜃=33 au-dessus de l'horizontale? On donnera une réponse arrondie au newton.

Q6:

Une balle située à l’extrémité d’une corde de masse négligeable se déplace uniformément le long d’une trajectoire circulaire de rayon 0,48 m. L'accélération centripète de la balle est 63 m/s2. À un point où la corde forme un angle de 33avec l'horizontale, elle se casse alors qu'elle se déplaçait vers le sol. À ce point, la balle se situe à 1,5 m au-dessus du sol. Détermine la distance horizontale entre la position de la balle lorsque la corde casse et sa position quand elle entre en contact avec le sol.

Q7:

Soit une pierre ayant une masse de 2,4 kg à laquelle on applique un mouvement circulaire à une vitesse angulaire constante de 7,2 rad/s. La pierre est attachée à une corde uniforme de longueur 0,25 m, comme indiqué sur la figure. La longueur de la corde est la même que le rayon du cercle tout au long de son mouvement.

Quelle est la différence entre l'intensité de la force que la corde exerce sur la pierre au point A, où la corde pointe verticalement vers le haut, et l'intensité de la force que la corde exerce sur la pierre au point B, où la corde pointe horizontalement ? Donne ta réponse au newton le plus proche.

Quelle est la différence entre l'intensité de la force que la corde exerce sur la pierre au point A, où la corde pointe verticalement vers le haut, et l'intensité de la force que la corde exerce sur la pierre au point C, où la corde pointe verticalement vers le bas? Donne ta réponse au newton le plus proche.

Q8:

Laquelle des courbes du graphique représente comment la vitesse angulaire d’un objet varie selon le rayon de la trajectoire suivie par cet objet? On suppose que la vitesse linéaire de l'objet est constante.

  • Ala courbe violette
  • Bla courbe grise
  • Cla courbe orange
  • Dla courbe bleue

Q9:

Une balle roule le long d'un chemin circulaire horizontal à l'intérieur d'un tuyau toroïdal creux, comme illustré sur le schéma ci-dessous. La balle a une masse de 125 g. La balle suit une trajectoire circulaire ayant un rayon de 17,5 cm. La balle parcourt le tuyau en un temps de 0,642 s.

Laquelle des forces suivantes exerce une force centripète sur la balle?

  • ATension dans le tuyau
  • BFrottement de la balle avec la surface du tuyau
  • CForce de réaction normale sur la balle
  • DForce gravitationnelle sur la balle

Quelle est la valeur de la force centripète sur la balle? Donne ta réponse au newton près.

Q10:

On fait tourner une corde uniforme de manière horizontale avec une extrémité fixe et une extrémité libre, comme représenté sur le schéma. L'extrémité libre de la corde revient à la même position toutes les 0,65 s. Elle se déplace avec une vitesse constante d'un point A à un point B.

Quel est le rapport entre l'intensité de l'accélération centripète au point A et l'intensité de l'accélération centripète au point B?

Quel est le rapport entre l'intensité de l'accélération centripète au point A et l'intensité de l'accélération centripète au point D?

Cette leçon comprend 26 questions additionnelles pour les abonnés.

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