Exercice défi : mécanique

De la mécanique au nucléaire, nos physiciens sont à l'écoute
Mathusalem
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Exercice défi : mécanique

par Mathusalem » 09 Jan 2011, 15:35

Je n'ai pas osé poster dans la section défi du forum, puisque celle-ci semble réservée aux mathématiques.

Voici l'exercice que je propose de résoudre aux ambitieux (même à nos amis mathématiciens à qui ceci ravivera de bons souvenirs ;) ) :

On lance une boule de bowling supposée sphérique avec une vitesse initiale horizontale, sans rotation initiale, sur un parquet de coefficient de friction

1) Quelle est la vitesse de la boule lorsqu'elle commence à rouler sans glisser ?
2) Quelle est la distance parcourue par la boule jusqu'à ce moment ?
3) Expliquer pourquoi une fois que la condition de roulement sans glissement est atteinte, la boule continue de rouler imperturbée (elle ne décélère plus)


Indications : La masse et le rayon de la boule sons supposés connus. Le moment d'inertie de la boule - d'une sphère - est de .
Outils nécessaires : Théorème du centre de masse, Théorème du moment cinétique, condition de roulement sans glissement.

Remarque : la condition de roulement sans glissement veut dire que la vitesse du centre de masse est égale à la vitesse d'un point sur le périmètre de l'objet (en gros, c'est uniquement le périmètre qui donne la vitesse à l'objet)

Bonne réflexion



Billball
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par Billball » 09 Jan 2011, 20:43

ca demande qd méme certaines bases.. =( coeff de friction = ??? jvais jeter un oeil dés que jpourrais

Mathusalem
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par Mathusalem » 09 Jan 2011, 22:30

Billball a écrit:ca demande qd méme certaines bases.. =( coeff de friction = ??? jvais jeter un oeil dés que jpourrais


Le coefficient de friction, c'est pour te dire qu'il y a une force de friction qui s'oppose à la translation, de norme avec M la masse et g la gravitation. Elle agit au point de contact entre la boule et le parquet.

Simplex
Messages: 4
Enregistré le: 10 Jan 2011, 17:11

par Simplex » 10 Jan 2011, 17:51

Bonjour.

La boule est soumise à deux forces :
- son poids
- la réaction du sol qui comprend une composante verticale qui compense le poids, et une composante horizontale de direction opposée au mouvement et dont l'intensité est µMg. Cette composante horizontale ralentit la boule dans son mouvement de translation et induit une accélération angulaire croissante.

A l'instant où la vitesse du point de contact de la boule et du sol s'annule, la boule se met à rouler sans glisser.

Cela dit, il suffit d'appliquer les théorèmes de la dynamique au centre de masse de la boule:

(résultante dynamique)
(moment dynamique)

pour trouver les équations du mouvement qui sont :





A l'instant t1 de cessation du glissement, , d'où :

et



En remplaçant t par t1 dans l'équation horaire, on obtient , ce résultat pouvant également s'obtenir par l'énergie cinétique.

Quand la boule cesse de glisser, la composante tangentielle de la réaction du sol disparaît : la vitesse reste alors constante ( on fait abstraction de la résistance de roulement ).

Petite remarque en passant : tant que la boule glisse, son mouvement est identique à celui qu'aurait un cube de même masse et présentant les mêmes caractéristiques de frottement. L'accélération linéaire et l'accélération angulaire de la boule restent découplées tant qu'elle glisse.

Voilà. Bien cordialement, F.

Mathusalem
Membre Irrationnel
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Enregistré le: 14 Sep 2008, 04:41

par Mathusalem » 10 Jan 2011, 19:08

J'attends une réponse plus convaincante pour la n.o 3)

Pour le reste, je suis d'accord.

Moi je reste impressionné : n'importe quelle sphère, indépendemment de son rayon sa masse et du coefficient de friction présent, se met à rouler sans glisser quand elle atteint 5/7 Vo.
On voit cependant que le coefficient de friction joue sur la distance sur laquelle ceci se passe.

Serait-ce envisageable que tu mettes ta soluce en "blanc" ? Au cas où des gens voudraient réfléchir un peu sur le problème :)

Simplex
Messages: 4
Enregistré le: 10 Jan 2011, 17:11

par Simplex » 10 Jan 2011, 19:37

Mathusalem a écrit:Serait-ce envisageable que tu mettes ta soluce en "blanc" ? Au cas où des gens voudraient réfléchir un peu sur le problème :)


N'étant pas encore familiarisé avec la terminologie du forum, pouvez-vous m'expliquer ce que signifie "mettre en blanc" dans ce contexte ? Merci.

Mathusalem
Membre Irrationnel
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par Mathusalem » 10 Jan 2011, 19:58

Simplex a écrit:N'étant pas encore familiarisé avec la terminologie du forum, pouvez-vous m'expliquer ce que signifie "mettre en blanc" dans ce contexte ? Merci.


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Simplex
Messages: 4
Enregistré le: 10 Jan 2011, 17:11

par Simplex » 10 Jan 2011, 20:17

Je veux bien le faire mais cela ne semble pas avoir d'effet sur le contenu LaTeX ...

 

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