QCM : Travail et puissance des forces (11 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Concernant la constance d’une force au cours du temps :

Une force constante conserve sa direction, son sens et son intensité au cours du temps.
Une force constante conserve son sens et son intensité, mais sa direction peut changer au cours d’un déplacement.
Une force constante conserve sa direction, mais son sens et son intensité peuvent changer au cours d’un déplacement.
Une force constante conserve sa direction et son sens, mais son intensité peut changer au cours d’un déplacement.
Une force constante conserve sa direction et son intensité, mais son sens peut changer au cours d’un déplacement.

Une force constante conserve sa direction, son sens et son intensité au cours du temps.

Explication

Une force est constante si sa direction, son sens et son intensité restent inchangés au cours du temps. La constance est donc définie par l’évolution de ces caractères au cours du temps, et non au cours d’un déplacement.

2. Une force appliquée à un corps le déplace sans le déformer ; laquelle caractérise correctement son action ?

La force effectue un travail si elle déplace le corps et modifie aussi sa forme.
La force effectue un travail, car elle provoque le déplacement du corps auquel elle s’applique.
La force effectue un travail seulement si elle déforme le corps auquel elle s’applique.
La force effectue un travail lorsque le corps se déplace, mais pas lorsqu’il se déforme.
La force effectue un travail lorsque le corps reste immobile et conserve sa forme.

La force effectue un travail, car elle provoque le déplacement du corps auquel elle s’applique.

Explication

Une force effectue un travail lorsqu’elle déplace le corps auquel elle est appliquée ou le déforme ; le déplacement décrit ici suffit. La déformation n’est pas requise, et un corps immobile qui ne se déforme pas ne répond pas à cette définition.

3. Une force constante de 12 N12\,\mathrm{N} agit pendant un déplacement rectiligne de 5 m5\,\mathrm{m}, avec un angle de 60∘60^\circ entre force et déplacement. Quel travail obtient-on ?

Le travail vaut 17 J17\,\mathrm{J}, car il est égal à F⋅AB⋅cos⁡60∘F\cdot AB\cdot\cos 60^\circ sans autre facteur.
Le travail vaut 30 J30\,\mathrm{J}, car il est égal à F⋅AB⋅cos⁡θF\cdot AB\cdot\cos\theta.
Le travail vaut 60 J60\,\mathrm{J}, car il est égal au produit de la force par le déplacement.
Le travail vaut 30 J30\,\mathrm{J}, car il est égal à F⋅AB⋅sin⁡60∘F\cdot AB\cdot\sin 60^\circ.
Le travail vaut 60 J60\,\mathrm{J}, car il est égal à F⋅AB⋅sin⁡θF\cdot AB\cdot\sin\theta.

Le travail vaut $$30\,\mathrm{J}$$, car il est égal à $$F\cdot AB\cdot\cos\theta$$.

Explication

La relation donne W=12×5×cos⁡60∘=60×0,5=30 JW=12\times5\times\cos 60^\circ=60\times0{,}5=30\,\mathrm{J}. Le sinus ne convient pas, et omettre le facteur cosinus conduit ici à 60 J60\,\mathrm{J}.

4. Quelle unité convient à l’expression du travail mécanique ?

Le travail mécanique s’exprime en watts, dont le symbole est W\mathrm{W}.
Le travail mécanique s’exprime en mètres, dont le symbole est m\mathrm{m}.
Le travail mécanique s’exprime en secondes, dont le symbole est s\mathrm{s}.
Le travail mécanique s’exprime en joules, dont le symbole est J\mathrm{J}.
Le travail mécanique s’exprime en newtons, dont le symbole est N\mathrm{N}.

Le travail mécanique s’exprime en joules, dont le symbole est $$\mathrm{J}$$.

Explication

L’unité du travail mécanique est le joule, de symbole J\mathrm{J}. Le watt mesure une puissance, le newton une force, le mètre une longueur et la seconde une durée.

5. Que signifie un travail moteur pour une force appliquée à un objet en déplacement ?

La force est perpendiculaire au déplacement et son travail est nul.
La force accompagne le déplacement et son travail est positif.
La force s’oppose au déplacement et son travail est négatif.
La force est parallèle au déplacement et son travail est nul.

La force accompagne le déplacement et son travail est positif.

Explication

Un travail moteur est positif lorsque la force accompagne le déplacement. Une force perpendiculaire au déplacement produit un travail nul, tandis qu’une force qui s’y oppose produit un travail résistant négatif.

6. Dans un champ de pesanteur uniforme, quelle différence d’altitude détermine le travail du poids entre deux positions ?

La différence entre les vitesses initiale et finale du centre d’inertie
La durée écoulée entre les deux positions du mouvement
La différence entre l’altitude initiale et l’altitude finale du centre d’inertie
La longueur totale du trajet parcouru entre les deux positions

La différence entre l’altitude initiale et l’altitude finale du centre d’inertie

Explication

Le travail du poids s’écrit WA→B(P⃗)=mg(ZA−ZB)W_{A\to B}(\vec P)=mg(Z_A-Z_B) et dépend donc de la différence d’altitude du centre d’inertie. La longueur du trajet ne le détermine pas, car le travail du poids est indépendant du chemin suivi.

7. À quoi sert la puissance moyenne pour caractériser une force au cours d’un déplacement ?

À mesurer le travail effectué par unité de distance
À mesurer le travail effectué par unité de durée
À déterminer l’angle entre la force et le déplacement
À comparer la vitesse initiale et la vitesse finale

À mesurer le travail effectué par unité de durée

Explication

La puissance moyenne rapporte le travail effectué à la durée nécessaire pour l’accomplir. Le travail par unité de distance décrit une autre relation et ne définit pas la puissance moyenne.

8. Une force forme un angle de 90∘90^\circ avec la vitesse instantanée d’un solide. Quelle puissance instantanée exerce-t-elle sur ce solide ?

Une puissance nulle, car le produit scalaire s’annule.
Une puissance positive, car la force agit sur le solide.
Une puissance négative, car la force s’oppose au mouvement.
Une puissance égale au produit de la force par la vitesse.

Une puissance nulle, car le produit scalaire s’annule.

Explication

La puissance instantanée est le produit scalaire de la force et de la vitesse, soit Fvcos⁡αFv\cos\alpha ; pour un angle de 90∘90^\circ, ce produit vaut zéro. La puissance n’est donc ni positive ni négative dans cette situation, contrairement à une force ayant une composante parallèle ou opposée à la vitesse.

9. En quoi la puissance instantanée se distingue-t-elle de la puissance moyenne pour une force ?

La puissance instantanée dépend du travail total et du déplacement, tandis que la puissance moyenne dépend de l’angle entre force et vitesse.
La puissance instantanée mesure la variation d’altitude, tandis que la puissance moyenne mesure le travail fourni par unité de temps.
La puissance instantanée dépend de la force et de la vitesse à un instant, tandis que la puissance moyenne rapporte le travail à une durée.
La puissance instantanée rapporte le travail à une durée, tandis que la puissance moyenne dépend de la force et de la vitesse à un instant.

La puissance instantanée dépend de la force et de la vitesse à un instant, tandis que la puissance moyenne rapporte le travail à une durée.

Explication

La puissance instantanée est le produit scalaire de la force par la vitesse instantanée, alors que la puissance moyenne est le travail effectué divisé par la durée correspondante. Le calcul du travail total rapporté à une durée définit donc la puissance moyenne, et non la puissance instantanée.

10. Une force conserve la même intensité mais change de direction au cours du temps. Quelle conséquence cela a-t-il sur sa qualification ?

Elle devient une force résistante, car son intensité ne change pas.
Elle devient une force motrice, car sa direction varie au cours du temps.
Elle reste constante, car seule son intensité détermine cette qualification.
Elle n’est pas constante, car sa direction doit aussi rester inchangée.

Elle n’est pas constante, car sa direction doit aussi rester inchangée.

Explication

Une force constante garde au cours du temps sa direction, son sens et son intensité : un changement de direction suffit donc à écarter cette qualification. Une intensité inchangée ne suffit pas, contrairement à ce que suggère l’idée qu’elle resterait constante.

11. Pour calculer le travail d’une force constante lors d’un déplacement rectiligne, quelles grandeurs faut-il combiner ?

L’intensité de la force, la vitesse du corps et le sinus de l’angle entre eux
L’intensité de la force, la durée du déplacement et le sinus de l’angle entre eux
La masse du corps, la longueur du déplacement et le cosinus de l’angle entre eux
L’intensité de la force, la longueur du déplacement et le cosinus de l’angle entre eux

L’intensité de la force, la longueur du déplacement et le cosinus de l’angle entre eux

Explication

Le travail s’obtient en multipliant l’intensité de la force par la distance parcourue et par le cosinus de l’angle entre la force et le déplacement. La durée intervient dans le calcul de la puissance moyenne, pas dans celui du travail.

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Mémorisez les réponses avec 10 flashcards sur Travail et puissance des forces.

Quelles caractéristiques une force constante conserve-t-elle au cours du temps ?

Sa direction, son sens et son intensité.

Quand une force effectue-t-elle un travail ?

Lorsqu’elle déplace ou déforme le corps sur lequel elle est appliquée.

Quelle formule donne le travail d’une force constante lors du déplacement de A à B ?

WAB(F⃗)=F⃗⋅AB→=F⋅AB⋅cos⁡θW_{AB}(\vec F)=\vec F\cdot\overrightarrow{AB}=F\cdot AB\cdot\cos\theta

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