Mon espace Me contacter

Spécialité physique-chimie, Première • Exercices corrigés à Montréal

Fiche de révision : mouvement, Newton et champs (Première spécialité)

Cette fiche ne reprend pas le cours de mécanique : vous l'avez déjà dans vos notes. Elle traite ce que le cours ne dit jamais et qui décide pourtant de la note, à savoir l'erreur exacte qui coûte deux points sur une copie, la loi à choisir d'après ce que l'énoncé FOURNIT, et la rédaction que le correcteur attend quand on invoque le principe d'inertie.

Elle est écrite pour les élèves de Première qui suivent la spécialité physique-chimie du programme français, au lycée en France comme dans le réseau AEFE. Une fois la fiche lue, la série d'exercices corrigés du même chapitre met chaque réflexe à l'épreuve, du vecteur Δv⃗\Delta\vec{v} jusqu'à la charge en équilibre dans un champ.

Le fil du chapitre

Une force ne fabrique pas la vitesse, elle fabrique la VARIATION de vitesse. Tout ce qui coûte des points dans ce chapitre vient de là : le mouvement uniforme qu'on croit sans force, l'apesanteur qu'on croit sans gravitation, et le champ qu'on croit dépendre de l'objet qu'on y place.

Ce chapitre fait partie de Spécialité physique-chimie en Première

Avant ce chapitre

Cette fiche suppose ces notions acquises. Si une méthode ci-dessous reste opaque, c'est presque toujours l'une d'elles qui manque, pas la fiche.

Remonter plus loin : la chaîne complète (13 chapitres) ↓

Le chemin de remédiation, du plus ancien au plus proche. Un élève qui reprend ce chapitre de zéro le reprend dans cet ordre.

  1. 1Vecteurs et géométrie repéréeSeconde, Mathématiques
  2. 2Mouvement et interactionsSeconde
  3. 3Géométrie et grandeursSixième, Mathématiques
  4. 4Mouvement et vitesseSixième
  5. 5Lumière, ombres et système solaireSixième
  6. 6Géométrie de CinquièmeCinquième, Mathématiques
  7. 7Translations, symétries et rotationsQuatrième, Mathématiques
  8. 8Proportionnalité, pourcentages et vitessesQuatrième, Mathématiques
  9. 9Mouvement, vitesse et lumièreQuatrième
  10. 10La notion de fonctionTroisième, Mathématiques
  11. 11Les fonctions linéairesTroisième, Mathématiques
  12. 12Les fonctions affinesTroisième, Mathématiques
  13. 13Poids, gravitation et signauxTroisième

L'essentiel

Ce qu'une force change, et ce qu'elle ne change pas

  • • Une force ne maintient pas la vitesse, elle la fait VARIER. L'objet à regarder n'est donc jamais v⃗\vec{v} seul mais Δv⃗=v2⃗−v1⃗\Delta\vec{v}=\vec{v_{2}}-\vec{v_{1}}.
  • • Principe d'inertie : ∑F⃗=0⃗\sum\vec{F}=\vec{0} si et seulement si le VECTEUR v⃗\vec{v} est constant, donc mouvement rectiligne ET uniforme. Une seule des deux conditions ne suffit jamais.
  • • Conséquence immédiate : dès que la trajectoire tourne, même à vitesse constante en norme, la somme des forces n'est pas nulle et pointe vers l'intérieur du virage.
  • • Δv⃗\Delta\vec{v} a la direction et le sens de ∑F⃗\sum\vec{F} : c'est ce qui permet de lire une force sur une chronophotographie sans le moindre calcul.
vvrectiligne uniformesomme nullevFcirculaire uniformesomme vers le centre
À gauche, le vecteur vitesse ne change ni de direction ni de norme : la somme des forces est nulle. À droite la norme est la même partout, et pourtant le vecteur tourne, donc la force existe et pointe vers le centre.

Sur une chronophotographie, la vitesse au point M2M_{2} se construit par encadrement, v2⃗≈M1M3→2τ\vec{v_{2}}\approx\dfrac{\overrightarrow{M_{1}M_{3}}}{2\tau}, jamais sur un seul intervalle.

Deux lois en 1/d21/d^{2}, et ce qui les sépare

  • • Gravitation : F=GmAmBd2F=G\dfrac{m_{A}m_{B}}{d^{2}} avec G=6,67×10−11G=6{,}67\times 10^{-11} en unités SI. Toujours ATTRACTIVE, aucun signe à discuter.
  • • Coulomb : F=k∣qAqB∣d2F=k\dfrac{\left|q_{A}q_{B}\right|}{d^{2}} avec k=8,99×109k=8{,}99\times 10^{9} en unités SI. Attractive si les charges sont de signes contraires, répulsive sinon.
  • • Dans les deux cas dd est la distance entre les CENTRES, et les deux forces réciproques ont même norme, même direction et sens opposés, quelles que soient les masses ou les charges.
  • • Ordre de grandeur à connaître : dans l'atome d'hydrogène, FeˊlecFgrav≈2×1039\dfrac{F_{\text{élec}}}{F_{\text{grav}}}\approx 2\times 10^{39}. La gravitation ne gouverne que ce qui est électriquement neutre.

Les deux constantes ne se retiennent pas seules : GG est minuscule et kk est énorme, ce qui suffit à prévoir le rapport de 103910^{39} avant tout calcul.

Le champ, c'est ce qui reste quand on retire l'objet

  • • F⃗=m G⃗\vec{F}=m\,\vec{\mathcal{G}} et F⃗=q E⃗\vec{F}=q\,\vec{E} : le champ ne dépend QUE de la source et du point, la force dépend en plus de l'objet qu'on y place.
  • • G=GMT(RT+h)2\mathcal{G}=\dfrac{GM_{T}}{\left(R_{T}+h\right)^{2}}, en N/kg\mathrm{N/kg}, et le poids P=mgP=mg n'est rien d'autre que cette attraction. La valeur de gg ne dépend pas de la masse de l'objet pesé.
  • • E⃗\vec{E} sort des charges positives et entre dans les négatives. Donc F⃗=qE⃗\vec{F}=q\vec{E} est de MÊME sens que E⃗\vec{E} pour q>0q>0, et de sens OPPOSÉ pour q<0q<0.
  • • Les quatre interactions : gravitationnelle et électromagnétique de portée infinie, forte et faible confinées au noyau.

Une unité en N/kg\mathrm{N/kg} ou en N/C\mathrm{N/C} dit qu'on tient un champ; une unité en N\mathrm{N} dit qu'on tient une force. C'est le contrôle le plus rapide du chapitre.

Les pièges qui coûtent des points

Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.

1. Conclure qu'il n'y a pas de force parce que la vitesse ne change pas de valeur

2 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le mobile roule à 20 m/s20\ \mathrm{m/s} tout le long du virage, sa vitesse est constante, donc ∑F⃗=0⃗\sum\vec{F}=\vec{0}. »

Ce qu'il faut écrire

« La norme de v⃗\vec{v} est constante, mais sa direction change : Δv⃗≠0⃗\Delta\vec{v}\neq\vec{0}, donc ∑F⃗≠0⃗\sum\vec{F}\neq\vec{0}, et cette somme pointe vers l'intérieur du virage. »

Pourquoi : Le principe d'inertie porte sur le VECTEUR vitesse, pas sur sa valeur. Un sujet de baccalauréat teste presque toujours ce point avec un mouvement circulaire uniforme.

2. Croire que le corps le plus massif attire le plus fort

1,5 point, et tout le raisonnement de la question suivante

Ce qu'il ne faut pas écrire

« La Terre est 8181 fois plus massive que la Lune, donc elle l'attire 8181 fois plus fort qu'elle n'est attirée. »

Ce qu'il faut écrire

« Les deux forces ont la même norme F=GmTmLd2=1,98×1020 NF=G\dfrac{m_{T}m_{L}}{d^{2}}=1{,}98\times 10^{20}\ \mathrm{N}. C'est l'EFFET qui diffère : la même force appliquée à une masse 8181 fois plus petite produit une accélération 8181 fois plus grande. »

Pourquoi : La troisième loi de Newton ne connaît pas les masses. Confondre force et accélération ici rend fausse toute discussion sur les marées ou sur le mouvement du système Terre-Lune.

3. Expliquer l'impesanteur par une gravitation disparue

toute la question, qui vaut souvent 3 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Les astronautes flottent dans la Station spatiale parce qu'il n'y a plus de gravité à 400 km400\ \mathrm{km} d'altitude. »

Ce qu'il faut écrire

« À 400 km400\ \mathrm{km}, G=8,7 N/kg\mathcal{G}=8{,}7\ \mathrm{N/kg}, soit encore 89 %89\ \% de sa valeur au sol. Ils flottent parce qu'ils sont en chute libre avec la station, avec la même accélération qu'elle, pas parce que la gravitation aurait disparu. »

Pourquoi : C'est la question de culture scientifique la plus fréquente du chapitre, et elle est toujours posée APRÈS le calcul de G\mathcal{G} en altitude : la copie se contredit alors elle-même.

4. Construire la variation de vitesse en mettant les vecteurs bout à bout

2 points, et un sens de force faux à la question suivante

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Je reporte v1⃗\vec{v_{1}}, puis v2⃗\vec{v_{2}} à sa suite, et Δv⃗\Delta\vec{v} est le vecteur qui ferme le chemin. »

Ce qu'il faut écrire

« Δv⃗=v2⃗−v1⃗\Delta\vec{v}=\vec{v_{2}}-\vec{v_{1}} : je ramène les deux vecteurs à la MÊME origine, et Δv⃗\Delta\vec{v} joint l'extrémité de v1⃗\vec{v_{1}} à celle de v2⃗\vec{v_{2}}. »

v1v2sommeFAUX : bout a boutv1v2ΔvJUSTE : meme origine
À gauche, la construction bout à bout donne la SOMME, qui sort du virage. À droite, les deux vecteurs ramenés à la même origine et Δv⃗\Delta\vec{v} qui joint leurs extrémités.

Pourquoi : Bout à bout, on construit la SOMME v1⃗+v2⃗\vec{v_{1}}+\vec{v_{2}}, qui n'a aucun sens physique ici. La différence, elle, donne directement la direction de ∑F⃗\sum\vec{F}.

5. Faire entrer le signe des charges dans la norme de la force de Coulomb

1 point, et le point du schéma qui suit

Ce qu'il ne faut pas écrire

« F=kqAqBd2=−2,2×10−5 NF=k\dfrac{q_{A}q_{B}}{d^{2}}=-2{,}2\times 10^{-5}\ \mathrm{N}, la force est négative. »

Ce qu'il faut écrire

« Une norme est positive : F=k∣qAqB∣d2=2,2×10−5 NF=k\dfrac{\left|q_{A}q_{B}\right|}{d^{2}}=2{,}2\times 10^{-5}\ \mathrm{N}. Les charges étant de signes contraires, la force est ATTRACTIVE, ce qui se traduit par le sens de la flèche sur le schéma, pas par un nombre négatif. »

Pourquoi : La valeur absolue est écrite dans la formule du programme pour cette raison précise. Un signe moins dans une norme n'a pas de sens et signale au correcteur que le vecteur n'est pas compris.

6. Faire dépendre le champ de l'objet qu'on place dedans

2 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Une masse deux fois plus grande subit un champ de pesanteur deux fois plus grand. »

Ce qu'il faut écrire

« Le champ G⃗\vec{\mathcal{G}} ne dépend que de la Terre et du point où l'on se place. C'est la FORCE F⃗=mG⃗\vec{F}=m\vec{\mathcal{G}} qui double, jamais le champ. »

Pourquoi : Le champ est défini pour pouvoir parler de l'espace sans parler de l'objet. Perdre cette idée en Première rend le champ électrique de Terminale incompréhensible.

7. Prendre l'altitude comme distance dans la loi de gravitation

toute la question : le résultat sort à $2{,}5\times 10^{3}\ \mathrm{N/kg}$ au lieu de $8{,}7$

Ce qu'il ne faut pas écrire

« G=GMTh2\mathcal{G}=\dfrac{GM_{T}}{h^{2}} avec h=4,0×105 mh=4{,}0\times 10^{5}\ \mathrm{m}. »

Ce qu'il faut écrire

« G=GMT(RT+h)2\mathcal{G}=\dfrac{GM_{T}}{\left(R_{T}+h\right)^{2}} : la distance se compte depuis le CENTRE de la Terre, donc d=6,37×106+4,0×105=6,77×106 md=6{,}37\times 10^{6}+4{,}0\times 10^{5}=6{,}77\times 10^{6}\ \mathrm{m}. »

Pourquoi : La loi est écrite pour des masses ponctuelles, et une sphère homogène se comporte comme si toute sa masse était en son centre. L'altitude seule ne décrit aucune distance physique.

8. Orienter la force sur une charge négative comme le champ

1,5 point, et un schéma faux qui contamine toute la suite du problème

Ce qu'il ne faut pas écrire

« E⃗\vec{E} est dirigé vers la droite, donc F⃗\vec{F} aussi, quelle que soit la charge. »

Ce qu'il faut écrire

« F⃗=qE⃗\vec{F}=q\vec{E} : pour q<0q<0, la force est de sens OPPOSÉ au champ. Une charge négative est donc poussée vers la plaque positive, en remontant les lignes de champ. »

+-E+qF-qF
Le champ E⃗\vec{E} va de la plaque positive vers la négative. La charge +q+q suit le sens de E⃗\vec{E}, la charge −q-q part en sens contraire : c'est le signe de qq qui retourne la flèche.

Pourquoi : qq est un facteur signé dans F⃗=qE⃗\vec{F}=q\vec{E}, exactement comme −1-1 retourne un vecteur. C'est le seul endroit du chapitre où un signe change une direction.

Quelle méthode choisir

Quelle loi employer, d'après ce que l'énoncé fournit

On ne choisit pas la loi d'après le thème du chapitre, mais d'après les DONNÉES : des masses, des charges, un champ déjà fourni, ou rien qu'une trajectoire.

  • Si deux masses en kg\mathrm{kg} et une distance → gravitation universelle, F=GmAmBd2F=G\dfrac{m_{A}m_{B}}{d^{2}}, force attractive dans les deux sens

    Exemple : Terre-Lune : F=1,98×1020 NF=1{,}98\times 10^{20}\ \mathrm{N} sur chacun des deux corps

    Si l'énoncé donne un rayon et une altitude, la distance est leur SOMME.

  • Si deux charges en C\mathrm{C} et une distance → loi de Coulomb, F=k∣qAqB∣d2F=k\dfrac{\left|q_{A}q_{B}\right|}{d^{2}}, attractive ou répulsive selon les signes

    Exemple : proton et électron à 53 pm53\ \mathrm{pm} : F=8,2×10−8 NF=8{,}2\times 10^{-8}\ \mathrm{N}

    Le signe se lit sur le schéma, jamais dans le résultat numérique.

  • Si un champ G⃗\vec{\mathcal{G}} ou E⃗\vec{E} est donné, et un objet y est placé → F⃗=mG⃗\vec{F}=m\vec{\mathcal{G}} ou F⃗=qE⃗\vec{F}=q\vec{E}, sans jamais remonter à la source

    Exemple : q=−2,0 μCq=-2{,}0\ \mu\mathrm{C} dans E=500 N/CE=500\ \mathrm{N/C} : F=1,0×10−3 NF=1{,}0\times 10^{-3}\ \mathrm{N}, opposée à E⃗\vec{E}

    C'est la branche la plus rapide, et celle qu'on oublie en refaisant tout le calcul de la source.

  • Si une trajectoire ou une chronophotographie, sans aucune valeur de force → principe d'inertie et lecture de Δv⃗\Delta\vec{v} : la direction de la force se LIT, elle ne se calcule pas

    Exemple : points alignés et régulièrement espacés ⇒\Rightarrow ∑F⃗=0⃗\sum\vec{F}=\vec{0}

    Répondre par un calcul ici fait perdre le temps ET le point de lecture graphique.

Si aucune branche ne s'applique, c'est en général que la question demande une COMPARAISON : calculer les deux forces et former leur rapport, sans chercher laquelle serait « la bonne ».

Ce que la trajectoire dit de la somme des forces

Deux questions seulement, posées sur la figure : la trajectoire est-elle droite, et les points sont-ils régulièrement espacés ?

  • Si droite et points régulièrement espacés → ∑F⃗=0⃗\sum\vec{F}=\vec{0}, par le principe d'inertie

    Exemple : un palet sur coussin d'air

  • Si droite et points de plus en plus espacés → ∑F⃗≠0⃗\sum\vec{F}\neq\vec{0}, de MÊME sens que v⃗\vec{v}

    Exemple : une chute libre verticale

  • Si droite et points de moins en moins espacés → ∑F⃗≠0⃗\sum\vec{F}\neq\vec{0}, de sens OPPOSÉ à v⃗\vec{v}

    Exemple : un freinage en ligne droite

  • Si courbe et points régulièrement espacés → ∑F⃗≠0⃗\sum\vec{F}\neq\vec{0}, perpendiculaire à v⃗\vec{v} et dirigée vers l'intérieur

    Exemple : un mouvement circulaire uniforme

  • Si courbe et points inégalement espacés → ∑F⃗≠0⃗\sum\vec{F}\neq\vec{0}, ni parallèle ni perpendiculaire : construire Δv⃗\Delta\vec{v} pour trancher

    Exemple : un projectile lancé en l'air

Ce tableau se lit dans les deux sens : la trajectoire donne la force, et la force donne la trajectoire. C'est la réponse attendue en une ligne, sans aucun calcul.

La rédaction attendue

Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.

Justifier un mouvement par le principe d'inertie

Quand l'utiliser : Dès que l'énoncé demande de montrer qu'un mouvement est rectiligne uniforme, ou d'en déduire que les forces se compensent.

  1. 1 Définir le système : « Système : le palet, de masse m=0,20 kgm=0{,}20\ \mathrm{kg}. »
  2. 2 Nommer le référentiel : « Référentiel terrestre, supposé galiléen. » Sans lui, le principe d'inertie n'a pas d'énoncé.
  3. 3 Faire le bilan des forces une par une, avec leur nom : « le poids P⃗\vec{P}, la réaction du support R⃗\vec{R}. »
  4. 4 Constater sur la chronophotographie que les points sont ALIGNÉS et RÉGULIÈREMENT espacés, donc que v⃗\vec{v} est constant en direction et en norme.
  5. 5 Conclure par la phrase type, en citant le principe par son nom.

Phrase de conclusion

Dans le référentiel terrestre supposé galiléen, le vecteur vitesse du système est constant : d'après le principe d'inertie, la somme des forces qui s'exercent sur lui est nulle, soit P⃗+R⃗=0⃗\vec{P}+\vec{R}=\vec{0}.

Le piège : Sauter le référentiel. Une copie qui écrit « les forces se compensent » sans avoir nommé le référentiel galiléen perd le point de rigueur, à tous les coups.

Barème : En général 0,50{,}5 point pour le système, 0,50{,}5 pour le référentiel, 11 point pour le bilan des forces nommées, 11 point pour la conclusion.

Calculer un champ de pesanteur en altitude

Quand l'utiliser : Dès qu'une altitude apparaît dans un énoncé de gravitation : satellite, station spatiale, sommet de montagne.

  1. 1 Écrire la formule littérale AVANT toute application numérique : G=GMT(RT+h)2\mathcal{G}=\dfrac{GM_{T}}{\left(R_{T}+h\right)^{2}}.
  2. 2 Convertir l'altitude et le rayon dans la même unité, le mètre, puis les additionner : d=RT+hd=R_{T}+h.
  3. 3 Substituer en séparant mantisses et puissances de dix, puis donner le résultat avec son unité N/kg\mathrm{N/kg} et deux chiffres significatifs.
  4. 4 Comparer à 9,81 N/kg9{,}81\ \mathrm{N/kg} sous forme de pourcentage, ce que la question suivante demande presque toujours.

Phrase de conclusion

À l'altitude h=400 kmh=400\ \mathrm{km}, G=GMT(RT+h)2=8,7 N/kg\mathcal{G}=\dfrac{GM_{T}}{\left(R_{T}+h\right)^{2}}=8{,}7\ \mathrm{N/kg}, soit encore 89 %89\ \% de sa valeur au sol : la gravitation terrestre n'a pas disparu.

Le piège : Élever au carré le seul rayon, ou la seule altitude. Le carré porte sur la SOMME RT+hR_{T}+h tout entière, parenthèses comprises à la calculatrice.

Barème : 11 point pour la formule littérale, 11 point pour d=RT+hd=R_{T}+h, 11 point pour le résultat avec son unité.

Vérifier avant de rendre

Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.

L'exercice type décortiqué

La pesanteur à l'altitude de la Station spatiale internationale

La Station spatiale internationale orbite à l'altitude h=4,0×102 kmh=4{,}0\times 10^{2}\ \mathrm{km}. Données : G=6,67×10−11G=6{,}67\times 10^{-11} en unités SI, MT=5,97×1024 kgM_{T}=5{,}97\times 10^{24}\ \mathrm{kg}, RT=6,37×103 kmR_{T}=6{,}37\times 10^{3}\ \mathrm{km}, et g0=9,81 N/kgg_{0}=9{,}81\ \mathrm{N/kg} au sol.

1. Calculer le champ de pesanteur G\mathcal{G} à cette altitude. 2. Le comparer à sa valeur au sol. 3. Un astronaute de masse m=75 kgm=75\ \mathrm{kg} y flotte : expliquer, sans contredire le résultat précédent.

Étape 1

La distance à utiliser est celle au CENTRE de la Terre : d=RT+h=6,37×106+4,0×105=6,77×106 md=R_{T}+h=6{,}37\times 10^{6}+4{,}0\times 10^{5}=6{,}77\times 10^{6}\ \mathrm{m}.

Pourquoi

C'est l'étape qui décide de tout le reste, et c'est celle qu'on saute. Les deux longueurs sont fournies en kilomètres exprès : elles doivent d'abord devenir des mètres, puis s'additionner.

Étape 2

Formule littérale d'abord : G=GMT(RT+h)2\mathcal{G}=\dfrac{GM_{T}}{\left(R_{T}+h\right)^{2}}.

Pourquoi

Une formule littérale juste rapporte son point même si l'application numérique se trompe ensuite. L'inverse n'est jamais vrai, et c'est le point le moins cher du chapitre.

Étape 3

Application numérique : G=6,67×10−11×5,97×1024(6,77×106)2=3,98×10144,58×1013=8,7 N/kg\mathcal{G}=\dfrac{6{,}67\times 10^{-11}\times 5{,}97\times 10^{24}}{\left(6{,}77\times 10^{6}\right)^{2}}=\dfrac{3{,}98\times 10^{14}}{4{,}58\times 10^{13}}=8{,}7\ \mathrm{N/kg}.

Pourquoi

Séparer les mantisses des puissances de dix évite l'erreur de calculatrice la plus fréquente ici, la parenthèse oubliée autour du dénominateur.

Étape 4

Comparaison : 8,79,81=0,89\dfrac{8{,}7}{9{,}81}=0{,}89, soit 89 %89\ \% de la valeur au sol.

Pourquoi

L'énoncé attend un pourcentage, pas un écart en N/kg\mathrm{N/kg} : c'est lui qui rend le résultat parlant et qui prépare la troisième question.

Étape 5

L'astronaute subit donc un poids P=mG=75×8,7=6,5×102 NP=m\mathcal{G}=75\times 8{,}7=6{,}5\times 10^{2}\ \mathrm{N}, très loin d'être nul. S'il flotte, c'est que la station et lui tombent ensemble, avec la même accélération : une chute libre permanente autour de la Terre.

Pourquoi

C'est la question qui sépare les copies. Elle ne demande aucun calcul nouveau, seulement de ne pas contredire le chiffre qu'on vient d'écrire deux lignes plus haut.

Étape 6

Vérification : en refaisant le calcul avec h=0h=0, on doit retrouver GMTRT2=9,81 N/kg\dfrac{GM_{T}}{R_{T}^{2}}=9{,}81\ \mathrm{N/kg}.

Pourquoi

C'est le contrôle le plus rentable du chapitre. Si la formule redonne la valeur au sol pour une altitude nulle, elle est juste; sinon l'erreur est dans le dénominateur, nulle part ailleurs.

Conclusion rédigée

À 400 km400\ \mathrm{km} d'altitude, G=8,7 N/kg\mathcal{G}=8{,}7\ \mathrm{N/kg}, soit 89 %89\ \% de sa valeur au sol, et le poids de l'astronaute vaut encore 6,5×102 N6{,}5\times 10^{2}\ \mathrm{N}. L'impesanteur ressentie vient de la chute libre commune de la station et de son occupant, jamais d'une disparition de la gravitation.

L'erreur classique sur cet exercice : Répondre G=2,5×103 N/kg\mathcal{G}=2{,}5\times 10^{3}\ \mathrm{N/kg} en ayant pris d=hd=h. Le résultat vaut 250250 fois la pesanteur au sol : une seconde de contrôle d'ordre de grandeur suffisait à l'écarter.

À savoir par cœur

  • • Une force ne donne pas la vitesse, elle donne sa VARIATION : Δv⃗\Delta\vec{v} a toujours la direction et le sens de ∑F⃗\sum\vec{F}.
  • • Principe d'inertie : ∑F⃗=0⃗\sum\vec{F}=\vec{0} équivaut à rectiligne ET uniforme. Les deux mots, jamais un seul.
  • • F=GmAmBd2F=G\dfrac{m_{A}m_{B}}{d^{2}} et F=k∣qAqB∣d2F=k\dfrac{\left|q_{A}q_{B}\right|}{d^{2}} : dd est la distance entre les CENTRES, et les deux forces réciproques ont la même norme.
  • • G=GMT(RT+h)2\mathcal{G}=\dfrac{GM_{T}}{\left(R_{T}+h\right)^{2}} : le carré porte sur RT+hR_{T}+h tout entier, jamais sur la seule altitude.
  • • Un champ ne dépend que de sa source; la force dépend en plus de l'objet : F⃗=mG⃗\vec{F}=m\vec{\mathcal{G}} et F⃗=qE⃗\vec{F}=q\vec{E}.
  • • E⃗\vec{E} sort du positif et entre dans le négatif, donc une charge NÉGATIVE subit une force opposée à E⃗\vec{E}.
  • • Quatre interactions : gravitationnelle et électromagnétique de portée infinie, forte et faible confinées au noyau.

Questions fréquentes

Pourquoi y a-t-il une force si la vitesse ne change pas de valeur ?

Parce que le principe d'inertie porte sur le vecteur vitesse, pas sur sa valeur. Dans un virage, la direction change, donc le vecteur change, donc la variation de vitesse n'est pas nulle et la somme des forces non plus. Elle pointe alors vers l'intérieur de la courbe.

Pourquoi les astronautes flottent-ils dans la Station spatiale ?

Pas parce que la gravité aurait disparu : à 400 kilomètres d'altitude, le champ de pesanteur vaut encore 8,7 newtons par kilogramme, soit 89 pour cent de sa valeur au sol. Ils flottent parce que la station et eux tombent ensemble, avec la même accélération. C'est une chute libre permanente, pas une absence de gravitation.

Quelle est la différence entre un champ et une force en Première ?

Le champ ne dépend que de la source et du point où l'on se place : il existe même si rien n'y est placé. La force n'apparaît que lorsqu'on y met un objet, et elle dépend en plus de sa masse ou de sa charge. On passe de l'un à l'autre par force égale masse fois champ, ou charge fois champ.

Comment construire le vecteur variation de vitesse sur une chronophotographie ?

On reporte les deux vecteurs vitesse à la même origine, puis on trace le vecteur qui va de l'extrémité du premier à celle du second : c'est vitesse deux moins vitesse un. Il ne se construit jamais en mettant les deux flèches bout à bout, et sur une trajectoire courbe il pointe toujours vers l'intérieur.

Comment savoir s'il faut utiliser la gravitation ou la loi de Coulomb ?

On regarde ce que l'énoncé fournit. Des masses en kilogrammes appellent la gravitation universelle, des charges en coulombs appellent la loi de Coulomb. Quand les deux sont données, la question demande presque toujours le rapport des deux forces, qui vaut environ dix puissance trente-neuf dans un atome.

Passer à la pratique

Exercices corrigés : Mouvement, Newton et champs

Une méthode se prouve sur une copie, pas sur une fiche. La série du même chapitre reprend chacun de ces pièges dans un exercice, avec le corrigé rédigé étape par étape.

  • 15 exercices corrigés
  • 150 points
  • 225 minutes
Faire les exercices
Fiche suivante Avancement et dosages

Ce chapitre resservira dans

Les chapitres qui le réclament en amont, plus tard dans l'année ou dans les années suivantes.

Mouvement dans un champ uniformeTerminaleDécrire un fluide au reposTerminale

Voir aussi

Toutes les fiches Tous les exercices Exercices : énergie et circuits (Première spé PC)Fiche : satellites et lois de Kepler (Terminale)Spécialité physique-chimieTuteur PremièreCours de physique

Vous cherchez un tuteur de spécialité physique-chimie à Montréal ?

Contactez-moi pour une première séance. On reprend les points de méthode qui coûtent des points en contrôle, de la lecture d'une chronophotographie jusqu'au calcul d'un champ en altitude, puis on les met à l'épreuve sur des exercices calibrés sur le niveau réel des évaluations de Première.

Me contacter WhatsApp
Site par Studio Squalli