QCM : Principes fondamentaux de la mécanique newtonienne — 12 questions

Question 1

1. Dans un problème de mécanique, que désigne le terme « système » ?

Le cadre d’observation utilisé pour mesurer les positions

La force qui provoque le mouvement de l’objet

Tout ce qui entoure l’objet sans agir sur lui

Le point matériel ou l’ensemble de points matériels étudié

Explication

Un système est l’objet d’étude en mécanique : il peut s’agir d’un point matériel ou d’un ensemble de points matériels. Le milieu extérieur et le référentiel correspondent à d’autres notions distinctes.

Answer

Le point matériel ou l’ensemble de points matériels étudié

Question 2

2. Quel est le rôle général d’une force mécanique sur un système ?

Elle indique uniquement la position du centre de masse

Elle remplace la masse du système dans les calculs

Elle peut modifier la trajectoire ou la vitesse du système

Elle définit à elle seule le référentiel d’étude

Explication

Une force est modélisée par un vecteur qui peut mettre en mouvement un système ou modifier son mouvement. Elle n’est pas un cadre d’observation ni une mesure de la masse.

Answer

Elle peut modifier la trajectoire ou la vitesse du système

Question 3

3. Vers quoi est dirigé le poids d’un objet proche de la surface terrestre ?

Perpendiculairement au sol dans tous les cas

Vers le centre de masse de l’objet

Vers le centre de la Terre

Dans la direction du mouvement de l’objet

Explication

Le poids est la force gravitationnelle exercée par la Terre et il est dirigé vers le centre de la Terre. Il ne dépend pas de la direction du mouvement.

Answer

Vers le centre de la Terre

Question 4

4. Dans un mouvement circulaire, quel effet la force gravitationnelle permet-elle principalement ?

Elle supprime toute interaction entre les objets

Elle agit seulement lorsque l’objet est immobile

Elle augmente nécessairement la norme de la vitesse

Elle incurve la trajectoire en changeant la direction de la vitesse

Explication

La force gravitationnelle peut changer la direction du vecteur vitesse, ce qui courbe la trajectoire. Elle ne signifie pas forcément une augmentation de la vitesse.

Answer

Elle incurve la trajectoire en changeant la direction de la vitesse

Question 5

5. Qu’est-ce qu’un référentiel galiléen ?

Un référentiel dans lequel le principe d’inertie est vérifié

Un référentiel attaché uniquement à la Terre

Un référentiel où toute force est nulle

Un référentiel réservé aux mouvements circulaires

Explication

Un référentiel galiléen est un cadre d’observation où le principe d’inertie est valide. Il ne faut pas confondre cela avec un référentiel forcément terrestre.

Answer

Un référentiel dans lequel le principe d’inertie est vérifié

Question 6

6. Dans quel cas modélise-t-on souvent le référentiel terrestre comme galiléen ?

Quand aucune force n’agit sur l’objet

Quand la vitesse de l’objet est constante et non nulle

Quand la durée de chute est faible devant la durée de rotation de la Terre

Quand l’objet se déplace sur une trajectoire circulaire

Explication

On assimile souvent le référentiel terrestre à un référentiel galiléen lorsque le phénomène étudié dure peu de temps par rapport à la rotation terrestre. Cela permet d’appliquer correctement les lois de Newton.

Answer

Quand la durée de chute est faible devant la durée de rotation de la Terre

Question 7

7. Dans un référentiel galiléen, que dit le principe d’inertie si la résultante des forces est nulle ?

La vitesse du système est toujours nulle

Le système doit être en chute libre

Le centre d’inertie est au repos ou en mouvement rectiligne uniforme

Le centre d’inertie accélère forcément

Explication

Si la somme vectorielle des forces est nulle, le centre d’inertie reste au repos ou en mouvement rectiligne uniforme. C’est l’énoncé du principe d’inertie.

Answer

Le centre d’inertie est au repos ou en mouvement rectiligne uniforme

Question 8

8. Qu’appelle-t-on un système pseudo-isolé ?

Un système étudié uniquement hors référentiel galiléen

Un système qui vérifie la première loi de Newton malgré la présence du poids

Un système soumis à aucune interaction dans la réalité

Un système dont la vitesse est forcément nulle

Explication

Un système pseudo-isolé vérifie la première loi de Newton même si, en pratique, certaines forces comme le poids existent toujours. Ce n’est donc pas un système totalement sans interaction.

Answer

Un système qui vérifie la première loi de Newton malgré la présence du poids

Question 9

9. Comment s’écrit la relation d’action-réaction entre deux objets A et B en interaction ?

La somme des forces vaut toujours le poids

La force exercée par A sur B est toujours nulle

Les forces ont la même direction mais pas forcément le même sens

Les forces exercées sont égales en valeur et opposées en sens

Explication

En action-réaction, les deux forces sont colinéaires, de même intensité et de sens opposés : \(\vec F_{A/B}=-\vec F_{B/A}\). Cela reste vrai que les objets soient au repos ou en mouvement.

Answer

Les forces exercées sont égales en valeur et opposées en sens

Question 10

10. Dans un référentiel galiléen, que permet d’affirmer la deuxième loi de Newton si la vitesse du centre d’inertie varie ?

Le système est forcément au repos

La résultante des forces n’est pas nulle

La force résultante est forcément verticale

Le mouvement est nécessairement circulaire

Explication

Si le vecteur vitesse du centre d’inertie varie, alors la résultante des forces est non nulle dans un référentiel galiléen. La deuxième loi relie cette résultante à l’accélération.

Answer

La résultante des forces n’est pas nulle

Question 11

11. Sur une route horizontale, un système de masse 1,1 t subit seulement son poids, la réaction du sol et un frottement résistant de 250 N. Quelle est la valeur de son accélération ?

2,27 × 10^0 m·s^-2

2,27 × 10^1 m·s^-2

2,27 × 10^-2 m·s^-2

2,27 × 10^-1 m·s^-2

Explication

Sur l’axe du mouvement, la résultante vaut ici la force de frottement, donc a = f/m = 250 / 1100 ≈ 2,27 × 10^-1 m·s^-2. L’accélération a le même sens que le frottement, donc elle est opposée au mouvement.

Answer

2,27 × 10^-1 m·s^-2

Question 12

12. Sur une pente en montée d’angle 15°, on mesure une accélération le long de la route de 2,27 × 10^-1 m·s^-2 pour une masse de 1,1 t. Quelle expression permet de déterminer la force de frottement résistante ?

f = m a_x + m g sin α

f = m g cos α - m a_x

f = m a_x - m g sin α

f = m g + m a_x

Explication

En projetant le poids sur l’axe de la route, on obtient P_x = -m g sin α, puis l’équation projetée conduit à f = m a_x + m g sin α. La projection sur cos α correspondrait à un autre axe, donc elle est incorrecte ici.

Answer

f = m a_x + m g sin α

QCM : Principes fondamentaux de la mécanique newtonienne — 12 questions

Questions et réponses du QCM

1. Dans un problème de mécanique, que désigne le terme « système » ?

2. Quel est le rôle général d’une force mécanique sur un système ?

3. Vers quoi est dirigé le poids d’un objet proche de la surface terrestre ?

4. Dans un mouvement circulaire, quel effet la force gravitationnelle permet-elle principalement ?

5. Qu’est-ce qu’un référentiel galiléen ?

6. Dans quel cas modélise-t-on souvent le référentiel terrestre comme galiléen ?

7. Dans un référentiel galiléen, que dit le principe d’inertie si la résultante des forces est nulle ?

8. Qu’appelle-t-on un système pseudo-isolé ?

9. Comment s’écrit la relation d’action-réaction entre deux objets A et B en interaction ?

10. Dans un référentiel galiléen, que permet d’affirmer la deuxième loi de Newton si la vitesse du centre d’inertie varie ?

11. Sur une route horizontale, un système de masse 1,1 t subit seulement son poids, la réaction du sol et un frottement résistant de 250 N. Quelle est la valeur de son accélération ?

12. Sur une pente en montée d’angle 15°, on mesure une accélération le long de la route de 2,27 × 10^-1 m·s^-2 pour une masse de 1,1 t. Quelle expression permet de déterminer la force de frottement résistante ?

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