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Système de 2solides reliés par un fil extensible

Posté par
Biloou62
12-04-15 à 13:23


Bonjour, alors voilà j'aimerais démontrer une relation, mais j'éprouve énormément de mal..

Voici l'énoncé:
On met la table horizontale et on installe une poulie sur le bord de la table. Sur cette poulie passe un fil inextensible qui relie une masse à crochet de m=100g à un mobile de masse M=945g. On enregistre la trajectoire du mobile laché sans vitesse initiale.

Il faut montrer que l'accélération du mobile M est a= mg/ (M+m)

Pour cela j'ai appliqué la RFD :
Il y a trois forces qui s'exercent sur le mobile de masse M
le poids MG
la réaction du support R
et la tension du fil T

Pour moi, la table étant horizontale R et P le poids se compenserait et on aurait que la force T
Mais, je vois pas comment faire ensuite...

Si quelqu'un pouvait m'éclairer.. Merci par avance

Posté par
picard
re : Système de 2solides reliés par un fil extensible 12-04-15 à 15:03

Bonjour.

Pour le solide de masse M, c'est bon, en projetant sur un axe horizontal orienté dans le sens du mouvement, on obtient bien T = M a.

Appliquez maintenant la seconde loi de Newton au solide de masse m et tenez compte des propriétés du dispositif : poulie de masse négligeable, fil inextensible et aussi absence de frottements.

A vous.

Posté par
Biloou62
re : Système de 2solides reliés par un fil extensible 12-04-15 à 15:11

J'ai finalement réussi à retrouver la relation en effectuant la 2eme loi de Newton sur le solide de masse m et j'ai rassemblé les 2 équations obtenues pour obtenir celle attendue.

Cependant il est demandé ensuite de calculer la variation d'énergie cinétique du système entre les points 2 et 8
On a donc Ec = Ec(I8)- Ec(I2)=0.5*m*v8² - 0.5*m*v2²
Est ce bien cela? Mais dans ces cas là quelle masse prendre?

Posté par
picard
re : Système de 2solides reliés par un fil extensible 12-04-15 à 15:14

Citation :
Est ce bien cela? Mais dans ces cas là quelle masse prendre?
Quelle est la masse du système en mouvement ? m, M ou M+m ?

Posté par
Biloou62
re : Système de 2solides reliés par un fil extensible 12-04-15 à 15:19

Il est dit dans l'énoncé que lâche le mobile m sans vitesse initiale, il s'agit donc de m? Est ce correct?

Posté par
picard
re : Système de 2solides reliés par un fil extensible 12-04-15 à 15:38

Non, c'est tout l'ensemble m+M qui se met en mouvement, l'énergie cinétique du système {solide de masse m ; solide de masse M} est donc 1/2 (m+M) v2

Posté par
Biloou62
re : Système de 2solides reliés par un fil extensible 12-04-15 à 15:46

D'accord merci beaucoup!

Après, il est demander de calculer le travail des forces appliqués au système entre ces deux points et de conclure.

Je ne sais pas du tout comment procéder pour le calculer du travail.. Auriez vous des idées à me donner?

Cependant j'ai déjà une idée avec mon cours, que la conclusion est :
Ec = I2I8  W( F ext)
Est ce bien cela?

Posté par
picard
re : Système de 2solides reliés par un fil extensible 12-04-15 à 15:51

Quelles sont les forces extérieures qui s'appliquent au système {solide de masse m ; solide de masse M} ?
Parmi ces forces, quelles sont celles qui effectuent un travail nul ?

Posté par
Biloou62
re : Système de 2solides reliés par un fil extensible 12-04-15 à 15:53

Le poids mg , la tension du fil T ?

Le poids a un travail nul, est ce bien cela?

Posté par
picard
re : Système de 2solides reliés par un fil extensible 12-04-15 à 16:11

En ce qui concerne les poids, il faut distinguer le poids de M qui effectue un travail nul puisque M glisse sur la table horizontale et celui de m qui n'est pas nul puisque l'altitude de m va diminuer en cours de mouvement.

Pour ce qui est des tensions de fil, il y en a plusieurs, une exercée par le fil vertical sur m, une exercée sur la poulie par le brin de fil vertical, un exercée sur la poulie par le brin de fil horizontal et la dernière exercée par le fil horizontal sur M ; ces tensions sont des forces intérieures au système préalablement défini, et elles s'annulent deux à deux d'après la troisième loi de Newton ; la somme des travaux de ces forces est donc nulle.

Il faut bien ici, vérifier le théorème de l'énergie cinétique : Ec = Wforces extérieures

Posté par
Biloou62
re : Système de 2solides reliés par un fil extensible 12-04-15 à 16:32

Donc si j'ai bien compris, il n'y a qu'une seule force qui travaille ici, qui est le poids du mobile de masse m est ce bien cela?

Par contre, je ne sais pas du tout comment exprimer son travail..

Posté par
picard
re : Système de 2solides reliés par un fil extensible 12-04-15 à 20:31

Le travail du poids d'un corps s'exprime par : W(\vec{P})_{i \to f} = m g (z_{initiale} - z_{finale})
z représentant l'altitude repérée sur un axe vertical orienté positivement vers le haut.

Posté par
Biloou62
re : Système de 2solides reliés par un fil extensible 12-04-15 à 20:39

Oui mais là que représente le z initiale et le z finale? Comment les déterminer?

Posté par
picard
re : Système de 2solides reliés par un fil extensible 12-04-15 à 20:45

Comme le fil est inextensible, la distance séparant les positions initiale et finale de M est égale à la différence des altitudes z_i et z_f.

Si vous disposez d'un enregistrement des positions du centre d'inertie du solide de masse M, il n'y a qu'à mesurer cette valeur dessus (attention à l'échelle quand même !).

Je vais décrocher pour aujourd'hui, à demain peut-être.

Posté par
Biloou62
re : Système de 2solides reliés par un fil extensible 12-04-15 à 20:45

Serait-ce W(P)= mg(I2-I8)?

Posté par
picard
re : Système de 2solides reliés par un fil extensible 12-04-15 à 20:49

C'est quoi I2 et I8 ? des longueurs ou des points ?

S'il s'agit de points, ça ne veut rien dire, on ne peut pas faire la différence de deux points !

La distance parcourue par la masse M entre les instants t2 et t8 est égale à la longueur du segment I2I8

Posté par
Biloou62
re : Système de 2solides reliés par un fil extensible 12-04-15 à 20:53

Pour moi I2 et I8 étaient des points

D'accord,je vous remercie d'avoir pris le temps de répondre!

Bonne soirée



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