Cylindre dévalent une pente.

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Kinoa
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Cylindre dévalent une pente.

par Kinoa » 16 Juin 2013, 23:34

Bonsoir à tous :)

Je bloque sur ce petit problème d'apparence simple, voici un schéma de la situation :

Image

On a donc un cylindre de masse M de moment d'inertie I = 0.5*M*R^2, R : rayon du cylindre. Le frottement entre le cylindre et la surface, augmente pendant le mouvement, de sorte que le cylindre roule sans glisser.

On me demande de calculer la distance horizontale à laquelle arrive le cylindre par rapport au bloc de hauteur H.

***

Bon moi ce que j'ai commencé à faire, c'est tout simplement utiliser le th. de conservation de l'énergie :

Mgh = Ek (énergie cinétique) = 1/2*I*w^2.

I = c'est donc le moment d'inertie du cylindre.
w (oméga) = V/R.

De cette égalité, j'obtiens V la vitesse horizontale du cylindre en bas de la pente de hauteur h, et ensuite je fais simplement une chute horizontale, c'est à dire temps de chute : (racine de 2*H)/g, et donc distance horizontale : x = V (que j'ai trouvé juste avant) * t (que je viens de trouver).

Apparemment je me plante quelque part :hein:..

Quelqu'un pourrait-il me filer un petit coup de main ? :)

Je vous en remercie par avance !

A bientôt.



Black Jack

par Black Jack » 17 Juin 2013, 08:40

Pour le calcul de la vitesse, ce que tu as fait est faux.

L'énergie cinétique du cylindre à 2 "composantes",

a) L'energie cinétique de translation qui vaut Ec1 = (1/2).m.v²
b) L'énergie cinétique de rotation du cylindre autour de son axe : Ec2 = (1/2).J.w² = (1/2) * (1/2).m.R² * (v/R)² = (1/4).m.v²

L'énergie cinétique du cylindre est la somme des 2 énergies calculées ci-dessus est est donc : Ec = (3/4).m.V²
avec m la masse du cylindre et v la vitesse de translation du cylindre (de son axe).

On a donc, au bas de la pente (au niveau de la partie horizontale du profil) :

mgh = (3/4).m.V²

v² = (4/3).gh

v = racinecarrée[(4/3).gh]
*****

La vitesse horizontale du cylindre au moment de quitter la partie horizontale de hauteur H est donc v = racinecarrée[(4/3).gh]
Hors frottement, cette composante horizontale de la vitesse reste constante pandant le "vol" du cylindre.

Il reste à calculer la durée de chute d'un objet qui tombe sans vitesse verticale initiale d'une hauteur H ...

Et puis de calculer la distance horizontale parcourue par le cylindre pendant cette durée.


:zen:

Kinoa
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par Kinoa » 17 Juin 2013, 09:02

Black Jack a écrit:Pour le calcul de la vitesse, ce que tu as fait est faux.

L'énergie cinétique du cylindre à 2 "composantes",

a) L'energie cinétique de translation qui vaut Ec1 = (1/2).m.v²
b) L'énergie cinétique de rotation du cylindre autour de son axe : Ec2 = (1/2).J.w² = (1/2) * (1/2).m.R² * (v/R)² = (1/4).m.v²

L'énergie cinétique du cylindre est la somme des 2 énergies calculées ci-dessus est est donc : Ec = (3/4).m.V²
avec m la masse du cylindre et v la vitesse de translation du cylindre (de son axe).

On a donc, au bas de la pente (au niveau de la partie horizontale du profil) :

mgh = (3/4).m.V²

v² = (4/3).gh

v = racinecarrée[(4/3).gh]
*****

La vitesse horizontale du cylindre au moment de quitter la partie horizontale de hauteur H est donc v = racinecarrée[(4/3).gh]
Hors frottement, cette composante horizontale de la vitesse reste constante pandant le "vol" du cylindre.

Il reste à calculer la durée de chute d'un objet qui tombe sans vitesse verticale initiale d'une hauteur H ...

Et puis de calculer la distance horizontale parcourue par le cylindre pendant cette durée.


:zen:



Salut Black jack !

Merci pour la réponse.

C'est bizarre car au départ j'avais fais exactement comme tu l'as dis, je trouvais en effet 4/3.. Pour v. Bizarrement après je ne suis pas arrivé au résultat correct. Du coup je pensais que la deuxième composante pour l'énergie cinétique était de trop.

Ce qui n'est pas très logique au final. Merci pour l'éclaircissement, je vais revoir mon calcul.

À bientôt.

Black Jack

par Black Jack » 17 Juin 2013, 09:17

Kinoa a écrit:Salut Black jack !

Merci pour la réponse.

C'est bizarre car au départ j'avais fais exactement comme tu l'as dis, je trouvais en effet 4/3.. Pour v. Bizarrement après je ne suis pas arrivé au résultat correct. Du coup je pensais que la deuxième composante pour l'énergie cinétique était de trop.

Ce qui n'est pas très logique au final. Merci pour l'éclaircissement, je vais revoir mon calcul.

À bientôt.


Sauf erreur tu devrais trouver :

:zen:

fma
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par fma » 17 Juin 2013, 10:58

Image

Kinoa
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par Kinoa » 17 Juin 2013, 14:35

Black Jack a écrit:Sauf erreur tu devrais trouver :

:zen:


Je viens de trouver mon erreur d'origine !

Quand j'ai multiplié le racine de 4/3*g*h par le temps de chute racine de 2H/g, j'ai mal écris ce dernier g et je l'ai pris par la suite pour un 9, ça m'a donc sorti le mauvais résultat :).

Bref j'ai bien fais de poser la question !

Merci encore pour le coup de main :)

 

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