Formule de la loi de Newton

Exemples de questions et formules relatives aux lois de Newton

Première loi de Newton

1. Une personne se trouve dans un ascenseur qui monte à vitesse constante. Son poids est de 800 N. Soudain, le câble d'acier qui tire l'ascenseur se rompt, provoquant sa chute. La force normale exercée par le plancher de l'ascenseur sur la personne immédiatement avant et après la rupture du câble est de…

1. 800 N et 0
2. 800 N et 800 N
3. 1600 N et 0
4. 1600 N et 800 N

Discussion
Il est connu que :
Poids (w) = 800 Newtons
Question : La force normale (N) agissant sur la personne immédiatement avant et après la rupture du câble d'acier
Répondre :
Quelques instants avant que le câble d'acier ne se rompe
Lorsqu'une personne se tient debout sur le plancher de l'ascenseur, la force de gravité s'exerce sur elle, dirigée vers le bas (voir l'illustration ci-dessous). La personne étant immobile dans l'ascenseur, une force normale s'exerce sur elle pour compenser son poids. Cette force, dirigée vers le haut et de même intensité que la gravité, est la force normale exercée par le plancher sur la personne.
Étant donné que la personne est immobile dans l'ascenseur et que celui-ci se déplace à vitesse constante (sans accélération), la force résultante agissant sur la personne est nulle.
∑F = 0
N – w = 0
N = w
N = 800 Newtons

Après la rupture du câble d'acier
Après la rupture du câble d'acier, l'ascenseur et la personne tombent ensemble en chute libre, l'accélération de la pesanteur étant égale à celle exercée par le plancher de l'ascenseur sur la personne. Du fait de cette chute libre, aucune force normale n'est exercée par le plancher sur la personne. Les pieds de cette dernière ne peuvent donc pas prendre appui sur le plancher, puisque l'ascenseur est lui aussi en chute libre.
La bonne réponse est A.

2. Trois forces, d'intensités respectives F1 ₌ 22 N, F2 ₌ 18 N et F3 ₌ 40 N, sont appliquées à un bloc de bois. Les forces agissant sur le bloc, qui obéissent à la première loi de Newton, sont représentées sur la figure…

Discussion

Première loi de Newton : Force résultante ( ΣF) = 0.

A. F₁ ₊ F₂ _– F₃ ₌ 22 N + 18 N – 40 N = 40 N – 40 N = 0

B. F ₂ + F ₃ – F ₁ = 18 N + 40 N – 22 N = 58 N – 22 N = 36 N (vers la droite)

C. F ₂ + F ₃ – F ₁ = 18 N + 40 N – 22 N = 58 N – 22 N = 36 N (vers la droite)

D. F ₁ + F ₃ – F ₂ = 22 N + 40 N – 18 N = 62 N – 18 N = 44 N (vers la gauche)

La bonne réponse est A.

La deuxième loi de Newton

3.
Regardez l'image !
Un bloc de 40 kg est tiré avec une force de 200 N, ce qui entraîne une accélération de 3 m/s².² L'intensité de la force de frottement qui s'exerce sur l'objet/le bloc est donc...

1. N 15
2. N 40
3. N 43
4. N 80

Discussion
Il est connu que :
Masse (m) = 40 kg
Force (F) = 200 N
Accélération (a) = 3 m/s²
Question : Quelle est l'intensité de la force de frottement (F) ?_g)
Répondre :
Formule de la deuxième loi de Newton :
∑F = ma
Description : ∑F = force résultante, m = masse, a = accélération

La force F est dirigée vers la droite, tandis que la force de frottement est dirigée vers la gauche (le frottement est opposé au mouvement de l'objet). La direction vers la droite est considérée comme positive et celle vers la gauche comme négative.
∑F = ma
F-F_g = ma
200-F_g = (40)(3)
200-F_g = 120
F_g = 200 - 120
F_g = 80 Newton
La bonne réponse est D.

4. Un bloc A de 100 grammes est placé sur un bloc B de 300 grammes. On applique ensuite une force de 5 N vers le haut sur le bloc B. Si les blocs restent immobiles, quelle est l'intensité de la force normale exercée par le bloc B sur le bloc A ?

1. N 1
2. N 1,25
3. N 2
4. N 3

Discussion
Il est connu que :
Force de poussée (F) = 5 Newtons
Masse du bloc A (m_A) = 100 grammes = 0,1 kg
Masse du bloc B (m_B) = 300 grammes = 0,3 kg
Accélération due à la gravité (g) = 10 m/s²
Poids du bloc A (w_A) = (0,1 kg)(10 m/s²) = 1 kg m/s² = 1 Newton
Poids du bloc B (w_B) = (0,3 kg)(10 m/s²) = 3 kg m/s² = 3 Newton

Question : Force normale exercée par le bloc B sur le bloc A
Répondre :
Plusieurs forces agissent sur les deux blocs, comme le montre la figure ci-dessous.
F = force de poussée (agissant sur le bloc B)
w_A = la force de gravité du bloc A (agissant sur le bloc A)
w_B = le poids du bloc B (agissant sur le bloc B)
N_A = force normale exercée par le bloc B sur le bloc A (agissant sur le bloc A)
N_A' = force normale exercée par le bloc A sur le bloc B (agissant sur le bloc B)

Considérons les deux blocs comme un seul système :
Appliquez la deuxième loi de Newton aux deux blocs :
∑F = ma
F – w_A - dans_B + N_A - N_A' = (m_A +m_B) à
N_A et N_A« » est une force d'action-réaction qui a la même magnitude mais une direction opposée, elle est donc éliminée de l'équation.
F – w_A - dans_B = (m_A +m_B) à
5 – 1 – 3 = (0,1 + 0,3) a
5 – 4 = (0,4) a
1 = (0,4) a
a = 1 / 0,4
a = 2,5 m/s²
La présence d'une force (F) de 5 Newtons agissant verticalement vers le haut sur les deux blocs provoque le déplacement vertical des deux blocs vers le haut avec une accélération de 2,5 m/s.².

Considérons le bloc A :
Appliquer la deuxième loi de Newton au bloc A :
∑F = ma
N_A - dans_A = m_A a
N_A – 1 = (0,1)(2,5)
N_A - 1 = 0,25
N_A = 1 + 0,25
N_A = 1,25 Newton
La force normale exercée par le bloc B sur le bloc A est de 1,25 Newton.
La bonne réponse est B.

Troisième loi de Newton

5. Faites attention à la déclaration suivante !

(1) Les passagers ont été poussés vers l’avant lorsque le bus, qui roulait à vitesse constante, a soudainement freiné brusquement.

(2) La pile de livres sur le carton ne tombera pas lorsque le carton est tiré rapidement.

(3) Lorsque vous jouez au skateboard, lorsque le pied libre pousse le sol vers l'arrière, le skateboard glissera vers l'avant.

(4) La pagaie du bateau est repoussée vers l'arrière, le bateau avance.

L'énoncé ci-dessus, conforme à la troisième loi de Newton, est...

A. (1) et (2)

B. (1) et (3)

C. (2) et (3)

D. (3) et (4)

Discussion

(1) Première loi de Newton

(2) Première loi de Newton

(3) La troisième loi de Newton

(4) La troisième loi de Newton

La bonne réponse est D.

Source de la question :

Questions d'examen national de sciences pour le collège/collège islamique

Questions OSN de physique pour le collège