Quelques relations mathématiques ...

[Poupye]

:we: Bonjour, :we:

J'ai un TP de physique pour la rentrée où l'on me demande de trouver des relations mathématiques, j'ai réussis à les trouver mais je ne suis pas sur du tout de mes réponses ... Qu'en pensez-vous ?

Voici l'énoncé :

On s'intéresse ici à l'énergie de position, autrement appelée énergie potentielle de pesanteur, notée Ep, d'un sac de sable de masse m inconnue, lâché à différentes hauteurs.
Grâce à un dispositif informatique, on mesure la hauteur, ainsi que l'énergie de position emmagasinée par le sac de sable

Ensuite il y a un tableau avec les valeurs de h et de Ep qui correspondent.

Je trouve que le coefficient est 300.

1) La masse du sac de sable est m = 30 kg. Quelle relation simple relie la valeur de ce coefficient, et la masse du sac de sable ?

2) Cette expérience a été réalisée sur Terre, aux alentours de Paris, où g, l'intensité de pesanteur vaut environ 10 N/kg. Exprimer la relation mathématique qui lie le coefficient, m et g.

3) Deduisez-en finalement la relation mathématique qui lie Ep, h, m et g.

4) Utilisez cette relation pour calculer l'énergie potentielle de pesanteur d'un obus de masse m = 250 kg, lâché par un avion à une altitude h = 1500 m. La valeur de g, à cette altitude avoisine 9.83 N/kg

Merci d'avance pour votre aide, vos réponses, vos explications

[Black Jack]

Je suppose que le référentiel choisi est terrestre.

Je suppose aussi que la référence des altitudes pour les énergies potentielles de pesanteur correspond à h = 0

(Mais cela devrait être être déterminé à partir du tableau)
@@@@@@@@
D'après ta réponse en rouge :

Ep = k * h (A)
Coefficient : k = 300

1 et 2)
k = mg (B)

3)
Elimine k entre les relations (A) et (B)
...

4)
Dans la relation trouvée dans le point 3, remplace m, h et g par leurs valeurs ...

:zen:

[Poupye]

:id: Merci beaucoup pour ton aide !!!! :id:

[Dominique Lefebvre]

Attention, la relation Ep = k*h est FAUSSE !

En effet, elle induirait que l'énergie potentielle de gravitation est nulle si la hauteur est nulle. Et quelle hauteur d'ailleurs!!!

Pour répondre correctement à cet exercice, il faut préciser le référentiel, comme l'a indiqué Black Jack.
Mais il faut aussi préciser que l'on fixe arbitrairement l'origine du référentiel à l'altitude h0 et que l'énergie potentielle du solide est Ep0 à cette altitude.

La réponse correcte est que la variation de l'énergie potentielle Ep - Ep0 ets égale à la variation d'altitude h - h0.
Après on peut poser par convention que Ep0 = 0 et h0 = 0. Mais il faut l'expliquer!
Le raccourci Ep = k*h est un raccourci très dangereux (et faux) pour la bonne compréhension de ce qu'est l'énergie potentielle de gravitation!

[Black Jack]

Attention, la relation Ep = k*h est FAUSSE !

En effet, elle induirait que l'énergie potentielle de gravitation est nulle si la hauteur est nulle. Et quelle hauteur d'ailleurs!!!

Pour répondre correctement à cet exercice, il faut préciser le référentiel, comme l'a indiqué Black Jack.
Mais il faut aussi préciser que l'on fixe arbitrairement l'origine du référentiel à l'altitude h0 et que l'énergie potentielle du solide est Ep0 à cette altitude.

La réponse correcte est que la variation de l'énergie potentielle Ep - Ep0 ets égale à la variation d'altitude h - h0.
Après on peut poser par convention que Ep0 = 0 et h0 = 0. Mais il faut l'expliquer!
Le raccourci Ep = k*h est un raccourci très dangereux (et faux) pour la bonne compréhension de ce qu'est l'énergie potentielle de gravitation!

Le raccourci n'est ni faux ni dangereux si comme je l'ai écrit :

Je suppose que le référentiel choisi est terrestre.

Je suppose aussi que la référence des altitudes pour les énergies potentielles de pesanteur correspond à h = 0

(Mais cela devrait être être déterminé à partir du tableau)
@@@@@@

En effet, le tableau non donné ici mais disponible (d'après Poupye) doit lever toute ambiguïté.

Puisque plusieurs valeurs de h et des Ep correspondant y figurent, Le choix de l'origine du repère et du zéro des énergies potentielles y sont forcément imposés... et ne sont plus laissés alors au libre choix de celui qui répond.


:zen:

[Dominique Lefebvre]

Je maintiens qu'il est dangereux de ne pas préciser les hypothèses que j'ai formulé. Le fait que tu les supposes sans le préciser montre que l'enseignement de la physique a encore du chemin à faire dans les lycées...

Au fait, qu'est que le fait que le référentiel soit terrestre a à voir avoir les hypothèses Ep0 et h0 ???

[Black Jack]

Je maintiens qu'il est dangereux de ne pas préciser les hypothèses que j'ai formulé. Le fait que tu les supposes sans le préciser montre que l'enseignement de la physique a encore du chemin à faire dans les lycées...

Au fait, qu'est que le fait que le référentiel soit terrestre a à voir avoir les hypothèses Ep0 et h0 ???

Je ne suppose rien, comme je l'ai indiqué, les indications doivent être déduites du tableau qui malheureusement n'a pas été fourni par Poupye mais dont il dispose d'après sa question originale.

J'ai clairement indiqué que les hypothèses sur Ep0 et h0 faites dans ma réponse devaient être confirmées par le tableau.
Si ce n'était pas le cas, tout est à refaire.
Mais pas question de pouvoir choisir quoi que ce soit pour Epo et ho car c'est imposé par le tableau.

Le fait que tu les supposes sans le préciser montre que l'enseignement de la physique a encore du chemin à faire dans les lycées...

Ne n'inquiète surtout pas pour ma formation en physique, j'en connais plus d'un qui ne perdrait rien à changer avec la mienne.

:zen:

[Dominique Lefebvre]

Le fait que tu les supposes sans le préciser montre que l'enseignement de la physique a encore du chemin à faire dans les lycées...

Ne n'inquiète surtout pas pour ma formation en physique, j'en connais plus d'un qui ne perdrait rien à changer avec la mienne.

:zen:

Comme indiqué, je parlais de l'enseignement de la physique dans les lycées, pas de ta formation dont j'ignore tout...

PS : il n'est même pas certain du tout que nous parlions du même pays...

[Black Jack]

Comme indiqué, je parlais de l'enseignement de la physique dans les lycées, pas de ta formation dont j'ignore tout...

PS : il n'est même pas certain du tout que nous parlions du même pays...

Je te rejoins pleinement sur la (non) qualité actuelle de l'enseignement secondaire (en France comme en Belgique dont je suis originaire).

Mais il faut quand même garder à l'esprit que les notions de physique (par exemple) ne s'abordent pas de la même manière quel que soit le niveau d'étude.
Au tout début, introduire par exemple les notions de constante d'intégration alors que probablement les intégrales n'ont pas encore étés effleurées jusque là par l'élève est inutile, voire perturbant pour lui...
Tout comme, par exemple, choisir le 0 des énergies potentielles de pesanteur à l'infini comme c'est très souvent fait plus tard.

Pareil qu'on ne parle pas des équations de Maxwell à des tout débutants dans l'électromagnétisme. Etc ...

L'enseignement, bien que peu performant je trouve en physique dans le secondaire, est bien obligé de faire des "impasses" ou des "raccourcis" parfois un peu scabreux pour tenir compte des connaissances des élèves.

:zen:

[Dominique Lefebvre]

certes, introduire certaines notions n'est pas évident, surtout si l'on choisi le chemin de la modélisation mathématique. Mais il est possible d'aborder certaines notions par l'observation et le raisonnement. C'est vrai en ce qui concerne la notion d'énergie potentielle de gravitation, dont on peut assez facilement mettre en évidence le fait que l'on travaille sur des variations d'énergie potentielle et pas sur des valeurs absolues. Ce fait, assez simple, n'est pas fréquemment souligné. Concernant l'EM, heureusement que la notion de champ n'est pas abordée au lycée (en France du moins) car sans outillage mathématique, c'est assez coton. Mais par contre, les profs de prépa ou de fac gâchent souvent l'occasion de construire proprement et intelligement le corpus des équations de Maxwell. Pourquoi? par faute de temps? J'ai des doutes...