Mécanique — Forces et pression

Repérer une erreur et la corriger

La copie du document 1 contient quatre erreurs ; une ligne est juste. Pour chaque erreur, indique la ligne, explique ce qui est faux et écris ce qu’il fallait dire.

Réponse rédigée. Ce que le correcteur attend, critère par critère :

1. 1.Ligne 1 — le coefficient $g$ choisi pour la Lune.

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   Sur la Lune, il faut prendre 1,6 N/kg et non 9,8 : le poids vaut 4,8 N.

   9,8 N/kg est la valeur terrestre ; sur la Lune, $3\times 1,6=4,8$.

2. 2.Ligne 3 — l’aire laissée en centimètres carrés.

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   Il faut convertir : 30 cm² = 0,003 m², d’où une pression de 10 000 Pa.

   Le pascal est un newton par mètre carré : $30\times 0,0001=0,003$, puis $30÷0,003=10000$.

3. 3.Ligne 4 — le sens de variation de la pression.

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   À force égale, une surface plus large donne une pression plus faible : elle diminue.

   La pression est le quotient de la force par l’aire : agrandir le diviseur diminue le quotient.

4. 4.Ligne 5 — un équilibre affirmé entre deux flèches décalées.

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   Faux : décalées, elles ne s’annulent pas ; il faut aussi qu’elles soient alignées.

   Même valeur et sens opposés ne suffisent pas ; ici, le poids et la réaction du sol sont bien portés par la même verticale.

Confronter deux schémas

Le sac a une masse de 2 kg ; on prend $g\approx 10$ N/kg. Jade et Rayan ont chacun modélisé la situation (document 2). Confronte leurs schémas au cours en répondant aux questions.

1. 1.Calcule la valeur du poids du sac et la longueur, en carreaux, de la flèche qui le représente. Les deux élèves ont-ils tracé P avec la bonne longueur ?

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   20 N, soit 4 carreaux : oui, les deux flèches P mesurent 4 carreaux.

   $2\times 10=20$ ; à l’échelle 1 carreau ↔ 5 N, $20÷5=4$.

2. 2.Quel objet manque dans le diagramme de Jade ? Montre que son diagramme ne s’accorde pas avec sa flèche P.

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   La Terre : sans elle, aucun objet n’exerce le poids, que Jade a pourtant dessiné.

   Le poids est l’action de la Terre sur le sac : une flèche P exige un trait Terre–Sac dans le diagramme.

3. 3.Quelle caractéristique de P Jade a-t-elle mal représentée ? Corrige-la.

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   Le point d’application : P doit partir de G, le centre du sac, et non de A.

   La direction, le sens et la longueur de sa flèche sont justes ; seul le point de départ est faux.

4. 4.Le sac est immobile. Montre que la flèche F de Rayan est fausse, puis donne la valeur et la longueur qu’elle doit avoir.

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   F vaut 10 N sur son schéma, contre 20 N pour P : ces forces ne se compenseraient pas. F doit valoir 20 N, soit 4 carreaux vers le haut.

   Un objet immobile subit des forces qui se compensent : même droite, même valeur, sens opposés. F, de A vers le haut, doit avoir la longueur de P.

Transférer ses connaissances

Réponds à chaque question par un raisonnement rédigé.

1. 1.Sur la glace mince d’un étang, les secouristes conseillent de ramper, allongé, plutôt que de marcher debout. Explique ce conseil à l’aide de la notion de pression.

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   Allongé, on touche la glace sur une surface bien plus grande, avec le même poids : la pression diminue, la glace risque moins de céder.

   La glace cède au-delà d’une certaine pression ; agrandir la surface de contact abaisse la pression sans changer la force.

2. 2.Sur la Lune, un astronaute ne dispose que d’un dynamomètre ; un échantillon de roche y affiche 4 N. Comment obtenir sa masse, et que vaudrait-elle une fois rapportée sur Terre ?

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   En divisant par 1,6 N/kg : 2,5 kg, sur la Lune comme sur Terre.

   $4÷1,6=2,5$. Le dynamomètre mesure un poids ; la masse, quantité de matière, ne dépend pas de l’astre.

3. 3.Loin de tout astre, une sonde spatiale avance moteurs coupés ; on admet que les actions qui s’exercent sur elle se compensent. Un camarade affirme : « Sans moteur, elle va forcément ralentir puis s’arrêter. » A-t-il raison ? Argumente.

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   Non : la sonde continue tout droit sans ralentir.

   Un objet dont les forces se compensent poursuit un mouvement rectiligne uniforme : pour ralentir, la sonde devrait subir des forces qui ne se compensent pas.

Argumenter une décision

Sami peut-il poser sa cuve directement sur la terrasse ? La plaque du vendeur règle-t-elle le problème ? Pourquoi la paroi est-elle renforcée en bas ? En t’appuyant sur le document 3 et sur le cours, rédige une réponse argumentée d’une quinzaine de lignes, calculs compris.

Réponse rédigée. Ce que le correcteur attend, critère par critère :

1. 1.La force pressante et la surface réellement en contact identifiées.

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   Le poids de la cuve, 2 000 N ; la surface des quatre pieds, et non le fond de 1 m², surélevé.

   Seule la surface qui touche le support transmet la force (lignes 3 et 4).

2. 2.Le calcul de $p$ sous les quatre appuis.

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   $4\times 0,025=0,1$ m² ; $2000÷0,1=20000$, soit 20 000 Pa.

   Force en newtons, aire en mètres carrés : le résultat est en pascals.

3. 3.La comparaison avec la notice, et la décision.

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   20 000 Pa dépassent les 10 000 Pa de la notice, deux fois : posée directement, la cuve marquerait la terrasse.

   Un calcul n’est pas une réponse : il faut le confronter à la limite donnée (ligne 5) et conclure.

4. 4.La solution du vendeur évaluée.

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   Avec la plaque, la force se répartit sur 1 m² : $2000÷1=2000$, soit 2 000 Pa, sous la limite. Le poids n’a pas changé, la surface en contact a été multipliée par dix.

   La plaque, rigide et légère, transmet le poids de la cuve à la terrasse sur toute sa surface.

5. 5.La paroi renforcée expliquée.

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   En bas, la hauteur d’eau au-dessus est la plus grande : c’est là que l’eau pousse le plus fort sur la paroi.

   C’est la raison pour laquelle un barrage est plus épais à sa base : la même règle vaut pour la cuve.

6. 6.Une réponse rédigée qui répond aux trois questions, avec les unités.

   0.5 pt
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   Une conclusion nette pour chaque question ; chaque résultat suivi de son unité.

   Le correcteur doit trouver la décision sans la chercher dans les calculs.