Force 1ère S

par **caro03** » 23 Fév 2007, 14:59

Bonjour à tous !

J'ai un problème avec mon exercice de physique...
Je ne comprends pas trop les exercices sur les forces :S et celui ci est difficile, en tout cas pour moi
Est ce que vous pouver me dire si ce que j'ai fiat est juste et m'expliquer un peu le reste ?

Voilà l'énoncé:

On étudie le mouvement d'une bille de verre dans de l'huile contenu dans une éprouvette .

1.On immerge totalement la bille et on l'abandonne sans vitesse initiale
a. Déterminer les forces agissant sur la bille eu moment où elle a été lâchée
( J'ai mis le poids P et la poussée d'Archimède )

b Comment varie le vecteur vitesse à cet instant ?
( Je n'ai pas bien compris la question... :S)

2.Lorsque la bille descend, l'huile exerce une force de frottement dont la valeur évolue selon l'expression F=0.115.v ( v est la vitesse du centre d'inertie de la bille)

a. Montrer qu'initialment le mouvement est accéléré
b. Montrer que par la suite la bille va ralentir, puis atteindre une vitesse limite si la profondeur de l'huile est suffisante. Calculer la valeur de cette limite .

c. Quelle est la nature du mouvement lorsque cette vitesse est atteinte

Données: Masse volumique du verre = 2.6g.cm^-3
Masse volumique de l'huile = 0.97g.cm^-3
Rayon de la bille r=0.50cm
Intensité de la pensanteur :g=9.8N.kg

Merci pour votre et désolé si je n'ai pas réussi à en faire plus... C'est pas faute d'avoir essayé pourtant

par **Quidam** » 23 Fév 2007, 16:52

caro03 a écrit: a. Déterminer les forces agissant sur la bille eu moment où elle a été lâchée
( J'ai mis le poids P et la poussée d'Archimède )

C'est bon !

caro03 a écrit: b Comment varie le vecteur vitesse à cet instant ?
( Je n'ai pas bien compris la question... :S)

Ben on te demande si le vecteur vitesse va varier ou pas ! Initialement, la vitesse est nulle ! Reste-t-elle nulle ?

caro03 a écrit:2.Lorsque la bille descend, l'huile exerce une force de frottement dont la valeur évolue selon l'expression F=0.115.v ( v est la vitesse du centre d'inertie de la bille)

a. Montrer qu'initialment le mouvement est accéléré

Si l'ensemble des forces qui agissent sur la bille est nul, le mouvement est rectiligne uniforme. Le vecteur vitesse reste nul ! La bille ne bouge pas ! Mais penses-tu que la poussée d'Archimède va équilibrer le poids ?

par **Dominique Lefebvre** » 23 Fév 2007, 16:56

caro03 a écrit:Bonjour à tous !

J'ai un problème avec mon exercice de physique...
Je ne comprends pas trop les exercices sur les forces :S et celui ci est difficile, en tout cas pour moi
Est ce que vous pouver me dire si ce que j'ai fiat est juste et m'expliquer un peu le reste ?

Voilà l'énoncé:

On étudie le mouvement d'une bille de verre dans de l'huile contenu dans une éprouvette .

1.On immerge totalement la bille et on l'abandonne sans vitesse initiale
a. Déterminer les forces agissant sur la bille eu moment où elle a été lâchée
( J'ai mis le poids P et la poussée d'Archimède )

OK

b Comment varie le vecteur vitesse à cet instant ?
( Je n'ai pas bien compris la question... :S)

La vitesse initiale est nulle. Lorsque tu lâches la bille, sa vitesse augmente sous l'effet de l'accélération de la pesanteur.

2.Lorsque la bille descend, l'huile exerce une force de frottement dont la valeur évolue selon l'expression F=0.115.v ( v est la vitesse du centre d'inertie de la bille)

a. Montrer qu'initialment le mouvement est accéléré
b. Montrer que par la suite la bille va ralentir, puis atteindre une vitesse limite si la profondeur de l'huile est suffisante. Calculer la valeur de cette limite .

c. Quelle est la nature du mouvement lorsque cette vitesse est atteinte

Tu pourras répondre à ces trois questions en établissant l'équation différentielle du mouvement de la bille à partir de l'application du PFD.
En intégrant, tu monteras la nature du mouvement et l'existence d'une vitesse limite (en faisant tendre t vers l'infini dans la solution).

par **Dominique Lefebvre** » 23 Fév 2007, 16:59

Oups... je me demande tout à coup si les équations différentielles sont au programme de 1ere S !

par **caro03** » 23 Fév 2007, 17:08

ah nan elles ne sont pas au programme :S

par **caro03** » 23 Fév 2007, 17:12

Merci pour vos réponses !!!

Mais malgrè cela, je n'ai toujours pas compris la question 2 :mur:

par **Dominique Lefebvre** » 23 Fév 2007, 17:15

caro03 a écrit:Merci pour vos réponses !!!

Mais malgrè cela, je n'ai toujours pas compris la question 2 :mur:

L'énoncé te dit que l'huile exerce un frottement sur la bille qui tombe. Ce frottement est une force, dont la valeur est proportionnelle à la vitesse.
Cette force s'oppose à la chute...

par **caro03** » 23 Fév 2007, 17:25

Désolé mais je comprends pas :cry:

par **Dominique Lefebvre** » 23 Fév 2007, 17:27

caro03 a écrit:Désolé mais je comprends pas

qu'est-ce que tu ne comprends pas?

par **caro03** » 23 Fév 2007, 17:30

dans la 2 ème question

je ne comprends pas comment on peut déterminer si le mouvement est accéléré, on doit utiliser la formule donnée ???

par **Dominique Lefebvre** » 23 Fév 2007, 17:43

caro03 a écrit:dans la 2 ème question

je ne comprends pas comment on peut déterminer si le mouvement est accéléré, on doit utiliser la formule donnée ???

A l'instant t=0, on lâche la bille. Celle-ci est soumise à trois forces:

- son poids, p = mg . Il va falloir que tu calcules m à partir du volume de la bille et de sa masse volumique

- la poussé d'Archimède que l'huile exerce sur la bille, qui est égale au poids du volume d'huile déplacée par la bille. Tu devras le calculer...

- la force de frottement visqueux, égale à k fois la vitesse de chute de la bille, avec k=0,115.

Géométriquement, le poids est dirigé vers le bas, les deux autres forces sont orientées vers le haut.

La loi de Newton (mais est-ce à ton programme?) te dit que la somme de ces trois forces est égale à l'accélération de la bille multiplée par sa masse.

Tu me suis jusque là?

par **caro03** » 23 Fév 2007, 21:10

Désolé pour le retard !!

J'ai fait les lois de Newton !

Jusque là je suis, tout va bien

par **raptor77** » 23 Fév 2007, 23:02

Dominique Lefebvre a écrit:A l'instant t=0, on lâche la bille. Celle-ci est soumise à trois forces:

- son poids, p = mg . Il va falloir que tu calcules m à partir du volume de la bille et de sa masse volumique

- la poussé d'Archimède que l'huile exerce sur la bille, qui est égale au poids du volume d'huile déplacée par la bille. Tu devras le calculer...

- la force de frottement visqueux, égale à k fois la vitesse de chute de la bille, avec k=0,115.

Géométriquement, le poids est dirigé vers le bas, les deux autres forces sont orientées vers le haut.

La loi de Newton (mais est-ce à ton programme?) te dit que la somme de ces trois forces est égale à l'accélération de la bille multiplée par sa masse.

Tu me suis jusque là?

Dominique en 1ère s nous on étudie pas la force de froteement visqueux. D'ailleurs on ne la prends jamais en compte, donc pas besoin de la calculer

par **Dominique Lefebvre** » 23 Fév 2007, 23:19

raptor77 a écrit:Dominique en 1ère s nous on étudie pas la force de froteement visqueux. D'ailleurs on ne la prends jamais en compte, donc pas besoin de la calculer

Bonsoir,

Je me suis posé la question, car je ne suis pas au fait du programme de 1ere S. Cependant, l'énoncé lui me semble très prècis sur le sujet.

Il dit : "2.Lorsque la bille descend, l'huile exerce une force de frottement dont la valeur évolue selon l'expression F=0.115.v ( v est la vitesse du centre d'inertie de la bille)"

Bien sur, il ne précise pas que la force de frottement est visqueuse, mais cela n'a pas vraiment d'importance. Il introduit néanmoins une force de frottement proportionnelle à la vitesse. Où bien aurai-je mal lu et ne devrait-on pas en tenir compte ?

Et tu sais bien sur que le seul moyen d'envisager une vitesse limite, dont parle la suite de l'énoncé, est de tenir compte de cette force de frottement visqueux.

Alors, tu vois, je crois qu'ici, il faut tenir compte des frottements !!

par **raptor77** » 23 Fév 2007, 23:24

Dominique Lefebvre a écrit:Bonsoir,

Je me suis posé la question, car je ne suis pas au fait du programme de 1ere S. Cependant, l'énoncé lui me semble très prècis sur le sujet.

Il dit : "2.Lorsque la bille descend, l'huile exerce une force de frottement dont la valeur évolue selon l'expression F=0.115.v ( v est la vitesse du centre d'inertie de la bille)"

Bien sur, il ne précise pas que la force de frottement est visqueuse, mais cela n'a pas vraiment d'importance. Il introduit néanmoins une force de frottement proportionnelle à la vitesse. Où bien aurai-je mal lu et ne devrait-on pas en tenir compte ?

Et tu sais bien sur que le seul moyen d'envisager une vitesse limite, dont parle la suite de l'énoncé, est de tenir compte de cette force de frottement visqueux.

Alors, tu vois, je crois qu'ici, il faut tenir compte des frottements !!

OUi mais en 1ère s on ne prend jamais en compte les frottement d'une bille lorsqu'elel chute dans un fluide (ou même dans l'air). Il faut se limiter au programme. C'est sur que pour être rigoureux il faudrait prendre en compte les frottements mais en 1ère scientifique on le fait pas!

par **Quidam** » 23 Fév 2007, 23:49

raptor77 a écrit:OUi mais en 1ère s on ne prend jamais en compte les frottement d'une bille lorsqu'elel chute dans un fluide (ou même dans l'air). Il faut se limiter au programme. C'est sur que pour être rigoureux il faudrait prendre en compte les frottements mais en 1ère scientifique on le fait pas!

Arrête raptor ! Il est clair que :
[INDENT]Lorsque la bille descend, l'huile exerce une force de frottement dont la valeur évolue selon l'expression F=0.115.v ( v est la vitesse du centre d'inertie de la bille) ! [/INDENT]
Personne ne parle de viscosité, personne ne donne un nom à cette force. Mais il n'y a pas moyen de résoudre le problème de Caro03 si on refuse de prendre en compte l'énoncé !

par **caro03** » 24 Fév 2007, 09:18

Bonjour tout le monde !

J'avais bien remarqué que je ne conaissais pas la force visqueuse, mais je pensais que c'était juste un nom qu'on lui donnait et qu'elle agissait comme les autres ...

Quel est ton moyen Quidam ??

par **Dominique Lefebvre** » 24 Fév 2007, 11:45

Bonjour,

Je suis bien embarrasé:expliquer ce phénomène sans équations différentielles, je n'ai pas l'habitude. Je vais quand même essayer...

D'abord les notations. Je note
rhoH la masse volume de l'huile = 0,97 g.cm^-3
rhoV la masse volumique du verre = 2,6 g.cm^-3
V le volume de la bille de rayon r V=(4/3)pi*r^3
v : la vitesse de la bille
a = accélération de la bille
k=0.115

Je choisis un repère orienté vers le bas (c'est pour la définition des signes appliqués aux forces!), de vecteur unitaire u.

Dès qu'on "abondonne" la bille en chute dans l'huile (et complétement immergée, c'est à dire que la poussée d'Archimède s"exerce sur toute la bille), cette bille est soumise à trois forces:

son poids P = mg soit P = V*rhoV*gu
la poussée d'Archimède Fa = -rhoH*V*g*u
la force de frottement Fs = -k*v*u (Fs s'appelle la force de Stokes)

Question 2.a:

Au début du mouvement, la vitesse de la bille est nulle. la force Fs est donc nulle. La bille est soumise à son poids et à la poussée d'Archimède. Comme la masse volumique du verre est supérieure à celle de l'huile, le poids prédomine et la bille coule dans un mouvement accéléré. L'accélération vaut g.
Si j'écris ça en équation, cela me donne:

rhoV*V*a = rhoV*V*g - rhoH*V*g soit en simplifiant a= (1 -rhoH/rhoV)*g

Le résultat est cohérent car si rhoV >> rhoH alors a = g (la poussée d'Archimède devient négligeable)

Question 2.b
Lorsque la vitesse de la bille augmente, la force de ftrottement augmente. Il arrive un moment où la somme de la poussée d'Archimède et de la force de frottement compense le poids (c'est ça qu'on démontre avec les équations différentielles, mais là on va l'admettre). L'accélération de la bille devient nulle

A ce moment, si je reprend l'équation précédente, j'ai:

rhoV*V*g - rhoH*V*g - kv = 0 soit V*g*(rhoV-rhoH) = kv et donc

v = V*g*(rhoV-rhoH)/k . Je te laisse faire l'application numérique...

L'accélération étant nulle, c'est la vitesse constante et maximale: la vitesse limite.

question 2.c

Un mouvement à vitesse constante et accélération nulle: c'est un mouvement rectiligne uniforme.

par **caro03** » 24 Fév 2007, 13:57

Merci beaucoup d'avoir fait tout ça Dominique !
C'est trés gentil !!

Je vais maintenant faire les applications.

Encore merci

par **Dominique Lefebvre** » 24 Fév 2007, 14:39

caro03 a écrit:Merci beaucoup d'avoir fait tout ça Dominique !
C'est trés gentil !!

Je vais maintenant faire les applications.

Encore merci

il n'y a pas de quoi! Si tu vas en prépa, ce que je te souhaite, tu reverras le problème d'une façon plus formelle. Mais l'important est de comprendre la physique de la chose...

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