QCM : Deuxième loi de Newton (11 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Comment définit-on le centre de masse d’un système en mécanique ?

Le point géométrique situé à égale distance de tous les éléments matériels du système.
Le point où la résultante des forces exercées sur le système est nécessairement nulle.
Le point auquel on associe toute la masse du système et qui subit le même champ de gravitation que lui.
Le point où le champ de gravitation exercé par le système est le plus intense.

Le point auquel on associe toute la masse du système et qui subit le même champ de gravitation que lui.

Explication

Le centre de masse représente toute la masse du système et subit le même champ de gravitation que celui-ci. Le point où la résultante des forces est nulle relève d’une condition dynamique, pas de cette définition.

2. Où se situe approximativement le centre de masse d’une personne ?

Au niveau du nombril.
Au milieu de la poitrine.
Au niveau des genoux.
Au centre de la tête.

Au niveau du nombril.

Explication

Pour une personne, le centre de masse se trouve approximativement au niveau du nombril. Le centre de la tête ne correspond pas à cette estimation, même si le centre de masse se situe au centre d’objets homogènes comme une boule ou une brique.

3. Dans quel cas un référentiel est-il galiléen ?

Lorsque les objets y suivent un mouvement circulaire dès que la résultante des forces est nulle.
Lorsque le principe d’inertie y est vérifié : sous une résultante des forces nulle, un objet reste au repos ou en mouvement rectiligne uniforme.
Lorsque tout objet soumis à une résultante des forces nulle finit par s’immobiliser dans ce référentiel.
Lorsque la vitesse de tout objet y reste constante, quelle que soit la résultante des forces.

Lorsque le principe d’inertie y est vérifié : sous une résultante des forces nulle, un objet reste au repos ou en mouvement rectiligne uniforme.

Explication

Un référentiel est galiléen si un objet soumis à une résultante des forces nulle y reste immobile ou poursuit un mouvement rectiligne uniforme. L’immobilisation systématique est erronée, car un mouvement rectiligne uniforme est également possible.

4. Un véhicule se déplace en ligne droite à vitesse constante par rapport à un référentiel galiléen ; quelle propriété son référentiel possède-t-il ?

Il est galiléen seulement si le véhicule est immobile par rapport au sol.
Il est galiléen uniquement si la résultante des forces sur le véhicule est nulle.
Il cesse d’être galiléen dès que le véhicule possède une vitesse non nulle.
Il est lui aussi galiléen.

Il est lui aussi galiléen.

Explication

Un référentiel en mouvement rectiligne uniforme par rapport à un référentiel galiléen est lui-même galiléen. Le fait que le véhicule soit en mouvement par rapport au sol ne remet pas en cause cette propriété.

5. Que signifie l’équilibre d’un système en mécanique ?

Le système accélère tandis que les forces qui s’exercent sur lui se compensent.
Le système est immobile et la résultante des forces qui s’exercent sur lui est nulle.
Le système est immobile et son accélération est dirigée vers le centre de masse.
Le système se déplace à vitesse constante et la résultante des forces est non nulle.

Le système est immobile et la résultante des forces qui s’exercent sur lui est nulle.

Explication

Un système est à l’équilibre lorsqu’il est immobile et que la résultante des forces appliquées est nulle. Un mouvement à vitesse constante avec une résultante non nulle n’est pas un équilibre, car une résultante non nulle implique une accélération.

6. Lors d’un mouvement circulaire uniforme, vers où est dirigée la résultante des forces exercées sur l’objet ?

Parallèlement à l’axe de rotation
Dans le sens instantané du mouvement
À l’opposé du centre du cercle
Vers le centre du cercle

Vers le centre du cercle

Explication

La résultante des forces fournit l’accélération centripète et est donc dirigée vers le centre du cercle. La direction du mouvement est tangente au cercle, et non dirigée vers son centre.

7. Quel rôle joue le vecteur vitesse pour décrire le mouvement d’un objet ?

Il indique la direction et le sens du déplacement instantané, ainsi que la rapidité du mouvement.
Il mesure la distance totale parcourue depuis le début du mouvement, indépendamment du temps.
Il indique la durée nécessaire pour parcourir une distance donnée, sans préciser la direction.
Il indique la direction de la résultante des forces et la valeur de l’accélération de l’objet.

Il indique la direction et le sens du déplacement instantané, ainsi que la rapidité du mouvement.

Explication

Le vecteur vitesse décrit le mouvement en donnant une direction tangente à la trajectoire, un sens de déplacement et une norme liée à la distance parcourue par unité de temps. La résultante des forces est liée à l’accélération, mais elle ne définit pas le rôle du vecteur vitesse.

8. Une vitesse passe de 36 m·s⁻¹ à 42 m·s⁻¹ en 0,2 s. Quelle accélération moyenne correspond à cette variation ?

6 m·s⁻²
12 m·s⁻²
30 m·s⁻²
210 m·s⁻²

30 m·s⁻²

Explication

La variation de vitesse est de 6 m·s⁻¹, et sa division par 0,2 s donne une accélération moyenne de 30 m·s⁻². La valeur de 6 m·s⁻² confond la variation de vitesse avec l’accélération.

9. Quelle relation distingue une résultante des forces constante d’une accélération opposée au sens du mouvement ?

Une résultante constante maintient une vitesse constante, et si elle s’oppose au mouvement, la trajectoire devient circulaire.
Une accélération constante exige une résultante croissante, et si elle s’oppose au mouvement, la vitesse augmente uniformément.
Une résultante constante produit une accélération constante, et si celle-ci s’oppose au mouvement, la vitesse diminue uniformément.
Une résultante constante produit une accélération variable, et si celle-ci s’oppose au mouvement, l’objet s’immobilise instantanément.

Une résultante constante produit une accélération constante, et si celle-ci s’oppose au mouvement, la vitesse diminue uniformément.

Explication

Une résultante des forces constante entraîne une accélération constante ; lorsque cette accélération est opposée au mouvement, le système ralentit uniformément. Une vitesse constante correspond plutôt à une résultante nulle, et non à une résultante constante non nulle.

10. Pourquoi peut-on représenter une brique homogène comme si toute sa masse était concentrée en un point central lorsqu’on étudie son comportement dans un champ de gravitation ?

Parce que son centre de masse subit le même champ de gravitation que l’ensemble de la brique.
Parce que son centre géométrique annule les effets du champ de gravitation sur la brique.
Parce que sa forme homogène rend sa masse insensible aux variations du champ de gravitation.
Parce que la gravitation agit uniquement sur les parties situées au centre de la brique.

Parce que son centre de masse subit le même champ de gravitation que l’ensemble de la brique.

Explication

Le centre de masse est le point auquel on associe toute la masse du système et qui subit le même champ de gravitation que celui-ci. Le centre géométrique coïncide ici avec le centre de masse, mais il n’annule pas les effets de la gravitation.

11. Pour étudier un phénomène mécanique depuis un référentiel galiléen, quel référentiel peut-on utiliser si l’on tient compte de la relation entre les référentiels ?

Un référentiel qui accélère en ligne droite par rapport au référentiel galiléen
Un référentiel en mouvement circulaire uniforme par rapport au référentiel galiléen
Un référentiel en mouvement rectiligne uniforme par rapport au référentiel galiléen
Un référentiel immobile par rapport à un référentiel non galiléen

Un référentiel en mouvement rectiligne uniforme par rapport au référentiel galiléen

Explication

Un référentiel qui se déplace en mouvement rectiligne uniforme par rapport à un référentiel galiléen est lui aussi galiléen. Un mouvement circulaire uniforme, contrairement à un mouvement rectiligne uniforme, implique une accélération et ne garantit pas cette propriété.

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Qu’est-ce que le centre de masse d’un système ?

Le point auquel on associe toute la masse du système et qui subit le même champ de gravitation que lui.

Quelle condition définit un référentiel galiléen selon le principe d’inertie ?

Un objet soumis à une résultante des forces nulle y reste immobile ou en mouvement rectiligne uniforme.

Quel référentiel peut être considéré comme galiléen sur un temps court grâce à l’approximation du mouvement terrestre ?

Le référentiel géocentrique.

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