A. Application directe du cours
1.
Singe et pèse-personne
Un singe ayant trouvé un pèse-personne le teste dans un balançoire se déplaçant verticalement :
il se place dessus et regarde l’indication de l’appareil. Lors du mouvement vers le haut, on
distingue trois phases :
• une phase d’accélération constante : a z = 3 m.s
−2 ,
• une phase à vitesse v z constante,
• une phase de décélération constante : a z = −3 m.s−2.
1. Déterminer la réaction du pèse-personne sur le singe en fonction de m, g et a z .
2. En déduire les valeurs indiquées par le pèse-personne au cours des différentes phases.
2.
La fusée du Professeur Tournesol
Dans l’album de Tintin, "On a marché sur la Lune", l’accélération de la fusée maintient une
pesanteur égale à la pesanteur terrestre d’après le Professeur Tournesol. On considère le référentiel géocentrique R G galiléen. On rappelle la force de Newton exercée par un astre A de
masse m A sur un corps M de masse m :
− →
F = −Gm A m
− − →
AM
AM 3 .
1. Lors de la première phase du voyage, la fusée s’éloigne de la Terre. Quelle accélération − → a e
la fusée doit-elle avoir par rapport au référentiel R G pour que les passagers ressentent la même
pesanteur qu’à la surface de la Terre ? On note R T le rayon de la Terre et l’on considère que
l’attraction lunaire est négligeable.
2. Dans la deuxième phase du voyage, la fusée s’est retournée et n’est plus soumise qu’à
l’attraction lunaire. Quelle doit-être la nouvelle accélération pour que les passagers aient l’impression d’être sur Terre ? On considèrera que le référentiel lié à la Lune est aussi galiléen.
3.
Jeu de billes
Pendant le trajet de départ en vacances en camping-car, un enfant observe une bille qu’il a
laissé sur la table à l’arrière.
1. Tout à coup, il voit la bille partir vers l’arrière. Comment expliquer ce mouvement ?
2. À un autre moment, le conducteur accélére avec une accélération constante − → a , quel est
alors le mouvement de la bille dans le camping-car si elle est initialement au repos ?
3. Enfin, le conducteur prend un virage de rayon R assez grand devant la taille du véhicule,
à vitesse constante V . Quel est alors le mouvement de la bille dans le camping-car si elle est
initialement au repos ?
4.
Expérience du manège inertiel
Si vous allez à la Cité des Sciences à la Villette, vous pourrez monter dans un manège inertiel.
Lorsque l’on est entré, les portes se referment et le manège se met en mouvement par rapport
au référentiel terrestre : mouvement de rotation autour d’un axe vertical, à la vitesse angulaire
constante v, dans le sens trigonométrique pour un observateur extérieur. L’une des expériences
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1.
Singe et pèse-personne
Un singe ayant trouvé un pèse-personne le teste dans un balançoire se déplaçant verticalement :
il se place dessus et regarde l’indication de l’appareil. Lors du mouvement vers le haut, on
distingue trois phases :
• une phase d’accélération constante : a z = 3 m.s
−2 ,
• une phase à vitesse v z constante,
• une phase de décélération constante : a z = −3 m.s−2.
1. Déterminer la réaction du pèse-personne sur le singe en fonction de m, g et a z .
2. En déduire les valeurs indiquées par le pèse-personne au cours des différentes phases.
2.
La fusée du Professeur Tournesol
Dans l’album de Tintin, "On a marché sur la Lune", l’accélération de la fusée maintient une
pesanteur égale à la pesanteur terrestre d’après le Professeur Tournesol. On considère le référentiel géocentrique R G galiléen. On rappelle la force de Newton exercée par un astre A de
masse m A sur un corps M de masse m :
− →
F = −Gm A m
− − →
AM
AM 3 .
1. Lors de la première phase du voyage, la fusée s’éloigne de la Terre. Quelle accélération − → a e
la fusée doit-elle avoir par rapport au référentiel R G pour que les passagers ressentent la même
pesanteur qu’à la surface de la Terre ? On note R T le rayon de la Terre et l’on considère que
l’attraction lunaire est négligeable.
2. Dans la deuxième phase du voyage, la fusée s’est retournée et n’est plus soumise qu’à
l’attraction lunaire. Quelle doit-être la nouvelle accélération pour que les passagers aient l’impression d’être sur Terre ? On considèrera que le référentiel lié à la Lune est aussi galiléen.
3.
Jeu de billes
Pendant le trajet de départ en vacances en camping-car, un enfant observe une bille qu’il a
laissé sur la table à l’arrière.
1. Tout à coup, il voit la bille partir vers l’arrière. Comment expliquer ce mouvement ?
2. À un autre moment, le conducteur accélére avec une accélération constante − → a , quel est
alors le mouvement de la bille dans le camping-car si elle est initialement au repos ?
3. Enfin, le conducteur prend un virage de rayon R assez grand devant la taille du véhicule,
à vitesse constante V . Quel est alors le mouvement de la bille dans le camping-car si elle est
initialement au repos ?
4.
Expérience du manège inertiel
Si vous allez à la Cité des Sciences à la Villette, vous pourrez monter dans un manège inertiel.
Lorsque l’on est entré, les portes se referment et le manège se met en mouvement par rapport
au référentiel terrestre : mouvement de rotation autour d’un axe vertical, à la vitesse angulaire
constante v, dans le sens trigonométrique pour un observateur extérieur. L’une des expériences
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