Problème travail d'une force

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loytef
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Problème travail d'une force

par loytef » 17 Jan 2010, 10:41

Bonjour,
Quelqu'un peut-il m'aider pour cette exercice.
J'ai déjà répondu à quelques questions.

Une piste de ski comporte deux parties, l'une rectiligne (AB=82m)faisant un angle de 40° avec l'horizontale qui se raccorde tangentiellement à la seconde partie BC qui est une portion de cercle de rayon R=35m.
1)) Exprimer le travail du poids du skieur de masse 80kg entre

a)le point A et le point B .
Ma réponse : WAB(P) = mg.AB.sin(alpha) = 80*9.8*sin(40)=503.9J
b- le point B et le point C.
Ma réponse : WBC(P) = mg*BC et après calcul de BC je trouve 18737.6J

2) En déduire l'expression du travail du poids entre A et C, puis calculer sa valeur.
Ma réponse : WAC(P) = WAB(P)+WBC(P) = 19241.5J

Je n'arrive pas à répondre à ces questions :
3) En supposant les frottements négligeables sur tout le parcours et la vitesse initiale en A nulle, déterminer la vitesse à laquelle le skieur atteint le point C.
4)En réalité cette vitesse est de 21m/s
a- Déterminer le travail de la force de frottement sur le parcours AC
b- En déduire la valeur de cette force de frottement (on donne BC=24m)

Voici le schéma :
Image



Mathusalem
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par Mathusalem » 17 Jan 2010, 11:14

Première partie faux. N'oublie pas que Fdx est le produit scalaire de deux vecteurs. Si ces deux vecteurs sont dans le meme sens, alors c'est positif, si ils sont dans le sens contraire, c'est negatif.

C'est assez bien ficelé, tu dois trouver la hauteur entre le point B et le point C. Tu as dans la 4eme partie de la question, tu as une distance BC = 24[m].
Tu sais que le périmètre du cercle = 35*2pi
Donc 24/(35*2pi) = la portion de l'arc de cercle sur le périmètre. C'est identique à la portion l'angle en degrés sur 360.
Tu trouves 39,3 degrés. Tu peux donc calculer la hauteur entre B et C.
WAB = -80 * 9.81 * 80*sin(40)
WBC = -80 * 9.81 * Hauteur à trouver ;)
L'énergie potentielle correspondant au point A est dès lors le travail total fourni par le poids quand le skieur arrive en bas de la piste.


Sinon, pour le reste des questions, ça serait : mgh = 1/2 mv^2. Tu considères qu'il n'y a pas de frottements, donc l'énergie mécanique est conservée. Dès lors, mgh + 1/2 mv^2 = C , une constante.
En haut de la piste, tu trouves le potentiel mgh total, et une energie cinetique nulle car le skieur ne bouge pas (c'est d'ailleurs pour ce calcul que tu veux la hauteur totale de la piste). Arrivé en bas de la piste, il est à une hauteur zéro. Plus de potentiel Mgh, tout (vu qu'il n'y a pas de frottements) est transformé en énergie cinétique (il bouge). Donc :
En haut de la piste : mgh = C
En bas de la piste 1/2 mv^2 = C
Donc, mgh = 1/2 mv^2 et tu calcules v.

Ensuite, ils te donnent la vitesse réélle, inférieure au V calculé. Tu dois donc trouver la perte d'énergie nécessaire pour arriver à un tel V. Tu connais la longueur de la piste

(cette fois ci tu ne travailles pas avec la hauteur, mais la longueur car la force de frottement est contraire au déplacement sur une surface ! Dans le cas de mgh, il n'y a que le déplacement vertical vers le bas ou vers le haut qui t'intéresse. On dit que c'est une force conservatrice, car tu peux faire tous les chemins que tu veux, il n'y a que la hauteur qui compte. Ceci n'est pas valable pour la force de frottement. Elle n'est pas conservatrice. Le traval que tu fournis entre deux points dépend du chemin pris pour aller d'un point à l'autre : imagine toi un bloc sur du papier verre.)

et tu "connais" la force de frottement. Enfait, tu ne la connais pas, mais tu sais que le travail fait sera négatif, car les deux vecteurs sont dans le sens opposé.


Bref, tu as les calculs suivants :

Premier cas sans frottements
Différence de travail = Energie = 1/2mv^2 au bas de la piste. Tu connais E, donc tu connais v.
Deuxieme cas avec frottements
Différence de travail = Energie = 1/2 m(21)^2 au bas de la piste. Tu connais v, tu connais donc l'énergie.
La perte d'énergie entre le premier cas et le deuxième cas, correspond au travail contraire de la force de frottement. En plus de ca, ce travail correspond à W = -Ff*106
Tu peux donc trouver Ff.

A+

Benjamin
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par Benjamin » 17 Jan 2010, 12:31

Mathusalem a écrit:Première partie faux. D'ailleurs, il me sembe que dans les deux cas le travail serait négatif, car la force et le déplacement sont dans le même sens, et vu que W = -Fdx integré, il devrait yavoir un signe moins. N'oublie pas que Fdx est le produit scalaire de deux vecteurs. Si ces deux vecteurs sont dans le meme sens, alors c'est positif, si ils sont dans le sens contraire, c'est negatif.

Travail du poids négatif lors d'une descente... On aura tout vu ! Le travail, c'est bien sûr avec un signe (+). W(F)=F.du.
Par ailleurs, tu as dû voir dans ton cours que le travail du poids ne dépend pas du chemin suivant pour aller de A à B mais uniquement de la différence d'altitude entre A et B, car le poids est une force conservative (tu es en quelle classe ? Pour savoir ce que tu es censé savoir ou non, ce que tu peux démontrer etc...).
Bref, dans tous les cas, W(P)_AB=||P||.(altitude_A-altitude_B).

Mathusalem
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par Mathusalem » 17 Jan 2010, 13:28

Oui, en effet je me suis trompé sur le signe. C'est bien avec un signe plus. Cependant, il me semble que le reste du raisonnement est juste. Donc non, on n'aura pas "tout" vu.

A+

loytef
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par loytef » 17 Jan 2010, 15:21

Je cherche
merci

Benjamin
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par Benjamin » 17 Jan 2010, 15:23

Mathusalem a écrit:Cependant, il me semble que le reste du raisonnement est juste. Donc non, on n'aura pas "tout" vu.

Désolé pour le "tout" vu qui semble t'avoir gêné. J'avoue que je n'ai pas regardé le reste de ta réponse, qui est sûrement juste ! J'ai juste bondi quand tu as dit que le travail du poids était négatif lors d'une perte d'altitude ^^ Rien de mal ;)

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Ben314
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par Ben314 » 17 Jan 2010, 15:33

Comme je sais pas quoi faire, je sort ma blague à deux balles :
"Y'en a des (moi par exemple) qui considèrent que le travail ça peut que être négatif... :triste:"
Qui n'entend qu'un son n'entend qu'une sonnerie. Signé : Sonfucius

loytef
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par loytef » 17 Jan 2010, 15:45

Voilà mon raisonnement :

Image

Calculer le segment y: (35*cos40) =26.8m
Comme R=35 la hauteur entre B et C est de 35-26.8=8.2

Donc WBC(P)= 80*9.8*24*8.2 = 154291.2J
WAC(P)=80*9.8*82*sin(40) = 41323.5J

C'est correct ?
merci

Benjamin
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par Benjamin » 17 Jan 2010, 17:46

loytef a écrit:Donc WBC(P)= 80*9.8*24*8.2 = 154291.2J

Il sort d'où le 24 ?

loytef
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par loytef » 17 Jan 2010, 19:13

le 24 c'est la distance entre BC (question 4-b)

Benjamin
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par Benjamin » 17 Jan 2010, 19:53

Tu n'as pas l'impression que si tu multiplies à la fin par la distance BC et à la fois par la différence d'altitude C-B, il y a un problème ?
Un travail, c'est une force fois une distance. Toi, tu fais une force fois une distance fois une distance, donc une force fois une distance au carré. Ce n'est plus la même chose !

loytef
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par loytef » 17 Jan 2010, 20:25

Euuh oui effectivement j'ai pas fait attention.
WAB(P) = 80*9.8*82*sin(40) =41323.5J
WBC(P) = 80*9.8*8.2 = 6428.8J
Là c'est ok?

Merci pour ta patience.

Mathusalem
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par Mathusalem » 17 Jan 2010, 20:26

Si la hauteur entre B et C c'est 8.2, alors oui.
Continue !
A+

loytef
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par loytef » 17 Jan 2010, 20:57

J'ai trouvé 34.5m/s pour la vitesse
(47745.6=1/2*80*v²)
C'est correct ?
merci

Mathusalem
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par Mathusalem » 17 Jan 2010, 21:12

Oui, c'est correct.

A+

loytef
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par loytef » 17 Jan 2010, 21:15

pour la 4a)
Ec= 1/2*80*(21)² = 17640

WAC(F) = 47745.6 - 17640 = 30105.6J
Par contre je ne trouve pas la valeur de la force de frottement. Il sort d'où le 106 ?
merci

Mathusalem
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par Mathusalem » 17 Jan 2010, 21:24

Il faut que tu saississes la différence:

Force conservative (gravité) : le travail fait par cette force ne dépend pas du chemin pris entre A et B, seulement de leur distance orthogonale qui les sépare. Donc dans ce cas, la hauteur entre le point A et B.

Force non conservative (frottement) : le travail fait par cette force DEPEND du chemin pris entre A et B. Par dépend du chemin, on sous-entend également la longueur du chemin!

Quelle est la distance qui sépare le haut de la piste du bas de la piste ? Puis, quelle est la définition du travail d'une force (Merci benjamin, je l'ai aussi révisé celle-là ;) ) ?

loytef
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par loytef » 18 Jan 2010, 08:07

Donc force de frottement= force non conservatrice.
Distance qui sépare le haut de la piste au bas = 106m

WAC(f)=17640J et comme

WAC(f)=-Ff*106 donc 17640=-Ft*106
Ff=-16.6N
Merci

Mathusalem
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par Mathusalem » 18 Jan 2010, 12:02

loytef a écrit:Donc force de frottement= force non conservatrice.
Distance qui sépare le haut de la piste au bas = 106m

WAC(f)=17640J et comme

WAC(f)=-Ff*106 donc 17640=-Ft*106
Ff=-16.6N
Merci


WAC(F) = 30Kj :) et pas 17640, regarde le calcul d'avant

loytef
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par loytef » 18 Jan 2010, 13:19

oui
WAC(f)= 30105.6=-Ft*106
Ff = -284N
Je pense que là il ne devrait plus avoir d'erreur.
merci

 

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