Cinématique d'une balle dans un camion qui décélère !

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Kinoa
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Cinématique d'une balle dans un camion qui décélère !

par Kinoa » 18 Avr 2013, 16:59

Bonjour à tous,

Je bloque un peu sur le problème suivant. Je ne pense pas être très loin de la solution pourtant .

Sur le dessin ci-joint un schéma de la situation.

Image

---

Un camion circule sur une route horizontale à la vitesse constante (v0) de 60 m.s-1.
Au temps t=0, deux choses : le camion décélère et sa vitesse en fonction du temps s'exprime alors comme ceci : v(t) = v0*e(-alpha*t). (alpha constante donnée : 0.06536 s-1).
Et également, la boule est libérée de la hauteur h.

On me demande de trouver la distance horizontale d à laquelle va atterrir la boule sur le sol du camion par rapport à son point de lâché de départ.

---

Bon moi j'ai commencé par trouver le temps de chute, comme ceci :

y = 1/2*g*t^2. Avec g = 10 m.s-2 d'après l'énoncé, et h = 14.45 m d'après l'énoncé, on trouve t = 2.89 sec.

Puis, par similitude avec un exercice similaire, il me semble que pour calculer cette fameuse distance d, il me suffit simplement d'utiliser la relation :

x = x0 + v0*t + 1/2*a*t^2.

Avec a la dérivée de l'expression de la vitesse donnée un peu plus haut. C-à-d : a(t) = -alpha*v0*e(-alpha*t). t le temps qu'on vient de trouver, par contre pour v0 je crois que là j'ai un soucis..

Il s'agit de la vitesse horizontale qu'a ma boule à t=0 non ? Car je ne l'ai pas pris en compte pour l'instant, et je trouve 13.55 m, ce qui n'est pas la bonne solution apparemment.

Question :

- Ma méthode est-elle correcte ?

- Comment obtenir v0 horizontale pour la boule au départ ?

Je précise bien sûr que je traite le problème dans le référentiel du laboratoire.


Merci d'avance pour votre aide !



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par fatal_error » 18 Avr 2013, 19:07

slt,

ptet que ton camion décélère mais pas ta boule.

donc pdt sa chute, pdt un temps t, ta boule parcourt une distance verticale (a cause de son poids) et une distance horizontale d=v*t ou v est simplement sa vitesse initiale (celle du camion, effectivement à t=0)

en revanche si on connait pas v0, ya aucune raison de remplacer v0

edit: il est dit que le camion roule à 60ms-1
la vie est une fête :)

Kinoa
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par Kinoa » 18 Avr 2013, 19:10

Salut,

Merci pour ta réponse.

Si si on connaît v0, je l'ai mal indiqué dans mon énoncé, mais c'ets le 60 m.s-1 dont je parle au début, je vais faire un petit édit d'ailleurs :).

Kinoa
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par Kinoa » 18 Avr 2013, 19:12

Pour ce qui est de l'exercice, selon toi, la réponse est simplement : d = v0*e(-alpha*2.89) * 2.89 ?

(2.89 s c'est le temps de chute vertical de la boule).

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par fatal_error » 18 Avr 2013, 19:17

qu'est-ce qui n'est pas clair dans ce que j'ai écris?
la vie est une fête :)

Kinoa
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par Kinoa » 18 Avr 2013, 19:24

Non en fait c'est clair, mais ça paraît trop évident pour être la bonne réponse lol :). (Désolé de dire ça !).

Au final ça ne pas sauté aux yeux, donc je peux me taire.

En tous les cas merci pour ton aide.

Black Jack

par Black Jack » 18 Avr 2013, 20:00

Commence par recalculer la durée de la chute de la balle. Ce que tu as trouvé, soit 2,89 s est faux.

Dans un référentiel terrestre :

Si t1 est la durée de chute de la balle, pendant cette durée le camion avance de ... qu'il faut calculer (et qui n'est pas ce que tu as écrit).

Et pendant cette durée t1, la composante horizontale de la vitesse de la balle reste = Vo, la balle avance donc de ...

...


:zen:

Kinoa
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par Kinoa » 18 Avr 2013, 22:13

Salut Black Jack !

Merci pour la réponse, oui tu raison pour le temps, j'ai pas fais gaffe, mais j'ai pas pris la racine du coup le bon temps c'est : t1 = 1.7 sec.

Donc pendant ce temps, le camion avance de :

V0*e(-alpha*t1)/(-alpha) + V0/alpha = 60*e(-0.06536*1.7)/-0.06536 + 60/0.06536 = 96.537 m.

Et le dernier point, si la composante horizontale de la vitesse de la balle est V0, alors horizontalement elle avance de :

x = V0*t1 = 60*1.7 = 102 m.

--

Enfin, pour avoir la réponse à la question, je pense qu'il faut soustraire les deux résultats non ?

d final = 102 - 96.537 = 5.463 m (réponse finale).

Merci de me corriger si je me trompe une nouvelle fois.. Et merci pour les indications de ton précédent post :).

Black Jack

par Black Jack » 19 Avr 2013, 10:03

Kinoa a écrit:Salut Black Jack !

Merci pour la réponse, oui tu raison pour le temps, j'ai pas fais gaffe, mais j'ai pas pris la racine du coup le bon temps c'est : t1 = 1.7 sec.

Donc pendant ce temps, le camion avance de :

V0*e(-alpha*t1)/(-alpha) + V0/alpha = 60*e(-0.06536*1.7)/-0.06536 + 60/0.06536 = 96.537 m.

Et le dernier point, si la composante horizontale de la vitesse de la balle est V0, alors horizontalement elle avance de :

x = V0*t1 = 60*1.7 = 102 m.

--

Enfin, pour avoir la réponse à la question, je pense qu'il faut soustraire les deux résultats non ?

d final = 102 - 96.537 = 5.463 m (réponse finale).

Merci de me corriger si je me trompe une nouvelle fois.. Et merci pour les indications de ton précédent post :).


Il faudrait préciser si la boule tombe plus vers l'avant du camion ou plus vers l'arrière.
*********
Et ceci hors exercice, c'est comique d'avoir un camion roulant à une vitesse digne d'une F1 ... et d'une hauteur qui doit l'empêcher de passer sous la majorité des ponts. :ptdr:


:zen:

Kinoa
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par Kinoa » 19 Avr 2013, 11:17

Black Jack a écrit:Il faudrait préciser si la boule tombe plus vers l'avant du camion ou plus vers l'arrière.
*********
Et ceci hors exercice, c'est comique d'avoir un camion roulant à une vitesse digne d'une F1 ... et d'une hauteur qui doit l'empêcher de passer sous la majorité des ponts. :ptdr:


:zen:


Lol oui tu n'as pas tort là-dessus :).

Pour ce qui est du calcul j'en déduis que c'est donc correct ?

Pour le sens, intuitivement je dirai plus vers l'arrière..

Merci.

Black Jack

par Black Jack » 19 Avr 2013, 13:09

Kinoa a écrit:Lol oui tu n'as pas tort là-dessus :).

Pour ce qui est du calcul j'en déduis que c'est donc correct ?

Pour le sens, intuitivement je dirai plus vers l'arrière..

Merci.


Ne te fie pas à ton intuition, mais plutôt en réfléchissant.

:zen:

Kinoa
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par Kinoa » 19 Avr 2013, 13:30

Hum okay.. Mais pour le calcul tu ne m'as toujours pas dis ce que tu en pensais :).

(Je n'aimerais pas partir sur une piste totalement fausse).

:zen:

Black Jack

par Black Jack » 19 Avr 2013, 14:10

Kinoa a écrit:Hum okay.. Mais pour le calcul tu ne m'as toujours pas dis ce que tu en pensais :).

(Je n'aimerais pas partir sur une piste totalement fausse).

:zen:


La valeur du décalage trouvée me semble juste.

Reste à trouver dans quel sens, en réfléchissant, pas par intuition ou en le jouant à pile ou face.

:zen:

Kinoa
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par Kinoa » 19 Avr 2013, 14:11

Ok, je vais y réfléchir !

Mais l'intuition ne veut pas forcément dire "jouer à pile ou face", ce sont deux choses différentes je pense :). :id:

skwouale
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par skwouale » 19 Avr 2013, 14:30

une autre facon de résoudre le problème est de se placer ds le réféentiel galiléen qui se déplace à vitesse constante v0.
ds ce référentiel : la balle tombe verticalement
et le camion "recule", avec une vitesse "négative"
v(camion)= V0.exp(-alpha.t) -V0
tu intègres :
x(aplomb camion) = constante +V0( -1/alpha * exp(-alpha.t)-t) ...

à t= 0 X0 = 0, donc tu déduis constante =...

et pour t = t1, tu as le camion qui a "reculé" de x(t1)= -d

la balle tombe à l'avant par rapport à son aplomb au moment du lâcher.

Kinoa
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par Kinoa » 19 Avr 2013, 16:12

skwouale a écrit:une autre facon de résoudre le problème est de se placer ds le réféentiel galiléen qui se déplace à vitesse constante v0.
ds ce référentiel : la balle tombe verticalement
et le camion "recule", avec une vitesse "négative"
v(camion)= V0.exp(-alpha.t) -V0
tu intègres :
x(aplomb camion) = constante +V0( -1/alpha * exp(-alpha.t)-t) ...

à t= 0 X0 = 0, donc tu déduis constante =...

et pour t = t1, tu as le camion qui a "reculé" de x(t1)= -d

la balle tombe à l'avant par rapport à son aplomb au moment du lâcher.



Intéressant comme moyen de résoudre également. C'est vrai que le faire selon les 2 référentiels peut être un bon moyen de m'entraîner !

Merci bien :=).

 

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