La lévitation est le fait pour un objet de rester en suspension au-dessus du sol, sous l'effet d'une force qui vient compenser la force de pesanteur. On étudie le phénomène de lévitation d'une petite bille métallique, en négligeant l'action de l'air devant les autres actions.

1. Faire le bilan des deux forces s'exerçant sur la bille dans le référentiel terrestre.

2. La bille étant immobile, que peut-on déduire des forces qui agissent sur elle ? Justifier.

3. Lorsque la bille est en lévitation, faire un schéma de la situation en prenant comme échelle 1,0 cm pour 0,80 N.

• Intensité de la pesanteur sur Terre : g= 9,81 N·kg^-1 ;
• Masse de la bille : m= 280 g.

1. Trouver les deux forces en s'aidant de l'énoncé.
2. Utiliser le principe d'inertie.
3. Donner la relation liant le poids à la masse.
4. Faire l'application numérique avec la bonne unité.
5. Utiliser la question 2 pour donner la valeur de la deuxième force avec la bonne unité.
6. Dessiner les forces à l'échelle.

Une gyroroue est soumise à deux forces : son poids (dirigé vers le bas) et la réaction du sol sur les roues. Cette dernière est la somme de deux composantes : une perpendiculaire au sol (dirigée vers le haut) et la force de frottements (dirigée vers l'arrière).

1. Les deux forces dont la somme est nulle sont :

a. le poids et la composante perpendiculaire.

b. le poids et la force de frottements.

c. la composante perpendiculaire et la force de frottements.

2. La gyroroue avance vers la droite et son utilisateur se tient bien droit de sorte que le moteur ne soit pas en marche. D'après la somme des forces :

a. le mouvement est rectiligne accéléré.

b. la norme du vecteur vitesse diminue progressivement.

c. le vecteur vitesse est constant lors du déplacement.

Pour tirer une péniche sur un chemin de halage, deux chevaux exercent chacun une force d'intensité 900 N, et dont la direction fait un angle de 45° avec le sens de déplacement de la péniche (schéma ci-dessous). Les forces de frottements dues à l'eau et à l'air sont regroupées sous une seule même force de frottements \vec{F}_{\mathrm{F}} dont la direction est celle du mouvement et de sens opposé.

1. À quelles forces est soumise la péniche ? Représenter ces forces, sur un schéma (en vue de profil) sans soucis d'échelle.

Pour le philosophe grec Aristote (384–322 av. J.-C.), les corps lourds ont une tendance naturelle à aller vers le bas. Et plus leur masse est importante, plus leur chute est rapide.
Expérience imaginaire 1 : Supposons que soient placés à 5 mètres de hauteur un boulet de type A de 5 kg ainsi qu'un boulet de type B de 10 kg, qu'on lâche simultanément.

1. En s'appuyant sur l'affirmation d'Aristote, quel boulet atteindra le sol en premier ?

Expérience imaginaire 2 : Supposons qu'on attache à l'aide d'une corde un boulet de type A avec un autre de type B, et que ce nouveau système appelé C soit lâché au même instant qu'un boulet B, toujours à 5 mètres de hauteur.

2. Dans le système C, les deux boulets atteindront-ils le sol en même temps ? Vu qu'ils sont attachés l'un à l'autre, quel boulet risque de ralentir l'autre dans sa chute ? En déduire lequel des systèmes B ou C atteindra le sol avant l'autre dans l'expérience imaginaire 2.

3. En comparant les masses du système C et du boulet B isolé, lequel devrait atteindre le sol en premier d'après Aristote ?

4. Les conclusions des questions 2 et 3 sont-elles compatibles ? Que dire alors de l'affirmation d'Aristote ?

5. Quelle loi physique peut-on alors déduire de cette expérience de pensée ?

Une luge d'été descend une piste en métal. On considère l'étude de son mouvement ci-dessous.

1. Décomposer et décrire le mouvement en trois parties distinctes.

2. Comment évolue le vecteur vitesse sur chaque partie horizontale ?

3. En déduire si les forces qui s'exercent sur la luge se compensent sur une de ces parties et citer laquelle.

4. Calculer la vitesse instantanée d'un point rouge.