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calcul d accélérations en physique


premièrecalcul d accélérations en physique

#msg193404#msg193404 Posté le 23-04-05 à 01:57
Posté par bufani (invité)

bonsoir
la masse totale en charge du porte-avions Charles-de-Gaulle est de 41 OOO tonnes, sa longueur 261,5 m et sa vitesse de croisière 25 noeuds. La piste longue de203 m est équipée de deux catapultes et de trois brins d'arrêt
exprimer la vitesse de croisière dans le système international sachant qu'un noeud représente une vitesse d'un mille marin à l'heure(1 mille marin = 1852 m).
Quelle serait la valeur de l'accélération, supposée constante, s'il atteignait sa vitesse de croisière en trois minutes ?
faire l'inventaire des forces exercées sur ce navire, en déduire les caractéristiques de la résultante de ces forces pendant cette opération.
Le porte-avions permet le décollage d'avions rafale de masse 20 tonnes, mû par des réacteurs exerçant une poussée totale de valeur F=75000 N
pour décoller ces avions doivent atteindre une vitesse de 275 km/ heure par rapport au navire à l'extrémité de la piste d'envol, longue de 75 m, qu'il parcourent en 2 secondes.
Évaluer l'accélération, supposée constante, de l'avion sur la piste d'envol.
Quelle serait la valeur de cette accélération si elle n'était due qu'à la seule poussée des réacteurs ?

En réalité, pour être suffisamment accéléré, l'avion est soumis, sur toute la longueur de la piste, à l'action d'une catapulte, déterminer sa valeur F', supposée constante, on néglige les forces de frottement devant les autres forces mises en jeu.
Vitesse de croisière du porte-avions :
1,852 X 25=46,3 km/h=12,9m/s

Valeur de l'accélération :
a= 12,9/180= 0,O71m/s

Inventaire des forces exercées sur ce navire :
poids et réaction

Caractéristiques : opposées, ils sont mêmes normes.
Résultante F= mg=41 10^6 x9,81=41 10^7 N


pouvez vous m'aider à faire la suite je n'y comprends rien
un peu de lecture #msg193411#msg193411 Posté le 23-04-05 à 04:03
Posté par ProfilBelge-FDLE Belge-FDLE

Salut bufani ,

Alors, je vais essayer de t'aider de mon mieux. Je vais tout d'abord reprendre les premières questions, car sur certains points, je ne suis pas tout à fait d'accord avec toi .

Pour la première question sur l'accélération du bateau, aucun problème, je suis tout à fait d'accord avec tes résultat. Cependant, ce n'est malheureusement plus le cas pour la seconde question.


Faire l'inventaire des forces exercées sur ce navire, en déduire les caractéristiques de la résultante de ces forces pendant cette opération.
Tu as parlé du Poids du bateau et là encore je suis tout à fait d'accord avec toi . Cependant, après tu parles de la Réaction et là je ne suis qu'à moitié d'accord. En fait, selon moi, on parle de "Force de réaction" dans le cas d'un solide comme une table par exemple.
Ici, on est en présence d'un fluide, en l'occurence l'eau, et la force exercée est en fait la Poussée d'Archimède que tu as dû certainement voir.
Ensuite, tu oublies également deux dernières forces très importantes, à savoir celle du Moteur et le Frottement que subit la coque du navire lorsque celui-ci avance.

Enfin, le bateau flottant, le Poids et la Poussée d'Archimède se compensent. De plus le bateau accélère durant cette phase, ce qui signifie que la résultante de la force moteur et de la force de frottement (et par conséquent de toutes les forces, le poids et la poussée d'archimède se compensant, s'annulant) est une force agissant dans le sens et la direction du mouvement du bateau.
En utilisant la seconde loi de Newton (décrite plus loin), tu devrais trouver que la valeur de cette force résultante est d'approximativement 2930 Newtons.



Évaluer l'accélération, supposée constante, de l'avion sur la piste d'envol.
L'avion doit atteindre une vitesse de 275 km.h-1, soit 76,4 m.s-1 par rapport au bateau (ce qui veut dire que l'on ne doit pas s'occuper de la vitesse du bateau) en deux secondes. L'accélération est donc de :

2$\rm~\frac{76,4}{2}~=~38,2~m.s^{-2}

Remarque : Ce qui correspond à une accélération linéaire de 3,9 g, ce qui est relativement impressionant. Pour se donner un ordre de grandeur, l'accélération que subit une voiture passant de 0 à 100 km.h-1 en 4 secondes est de 0,7 g uniquement et celle ressentie dans Space Mountain est d'approximativement 1,2 g.



Quelle serait la valeur de cette accélération si elle n'était due qu'à la seule poussée des réacteurs ?
Alors, si tu es vraiment en Première, je ne vois pas comment tu pourrais répondre à cette question (ni la suivante d'ailleurs ) car la seule manière que je vois d'y répondre fait appel à des connaissances vues en Terminale S.
Vu tes autres posts, cela m'étonnerait que tu sois du niveau première . Je te donne donc la méthode de Terminale en espérant qu'elle pourra t'aider.

D'après la seconde loi de Newton, la résultante des forces 2$\sum~F appliquée à un solide de masse m est telle que :

2$\rm~\sum~\vec{F}~=~\vec{a}.m

Ici, la seule force mis en jeu est celle des réacteur qui est F=75000 N. On sait aussi que la masse du rafale est m=20 t=20 000 kg.
On obtient donc :

2$\rm~F~=~a.m
ie  2$\rm~a~=~\frac{F}{m}
numériquement  2$\rm~a~=~\frac{75000}{20000}
donc  2$\rm~a~=~3,75~m.s^{-2}

On remarque que la seule force des réacteurs est loin d'être suffisante pour obtenir l'accélération nécessaire au décollage.



En réalité, pour être suffisamment accéléré, l'avion est soumis, sur toute la longueur de la piste, à l'action d'une catapulte, déterminer sa valeur F', supposée constante, on néglige les forces de frottement devant les autres forces mises en jeu.
Vitesse de croisière du porte-avions.

D'après la seconde loi de Newton, la résultante des forces 2$\sum~F appliquée à un solide de masse m est telle que :

2$\rm~\sum~\vec{F}~=~\vec{a}.m

Ici, les deux seules forces à considérer sont la force des réacteurs F=75000 N
et la force de la catapulte F' que l'on cherche à déterminer. Ces deux forces ont même direction et même sens.
On sait de plus par hypothèse que la masse du rafale est m=20 t= 20 000 kg et on a vu à la question précédente que l'accélération est telle que a=38,2 m.s-2.
On obtient donc :

2$\rm~F~+~F'~=~a.m
ie  2$\rm~\begin{tabular}{|c|}\hline~F'~=~a.m~-~F~~~~avec~\{{F~(N)\\a~(m.s^-2)\\m~(kg)}\\\hline\end{tabular}

Ainsi, numériquement :

2$\rm~F'~=~38,2\times20000~-~75000
donc  2$\rm~\underline{F'~=~689000~N}

Et voilà, j'espère que cela pourra t'aider .
Si tu as des questions, n'hésite pas .

Sinon, ayant été quelque peu absent ces dernières semaines, je tiens à passer un grand bonjour à tous les posteurs de ce magnifique forum .

À +
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re : calcul d accélérations en physique#msg193741#msg193741 Posté le 23-04-05 à 15:25
Posté par Profillyonnais lyonnais

salut Belge-FDLE

Merci pour ce sympathique bonjour ...

PS : toujours aussi détaillées tes réponses !

@+
lyonnais
question à Belge-FDLE:exercice sur les accélérations#msg193749#msg193749 Posté le 23-04-05 à 15:29
Posté par bufani (invité)

bonjour
je suis effectivement en terminale S (erreur de clic merci à toi et à tes axplications qui m'aident énormément
  dans la question
Faire l'inventaire des forces exercées sur ce navire, en déduire les caractéristiques de la résultante de ces forces pendant cette opération.
si je reprends ton explication et si j'ai bien compris
inventaire des forces
poids du bateau
force de réaction (poussée  d'archimède)
force du moteur
force de frottement

le poids du bateau et la force de réaction (poussée  d'archimède)s'annulent donc la résultante est force du moteur + force de frottement .D'après la deuxième loi de newton
La somme des forces extérieures appliquées à un solide est égale au produit de la masse du solide par l'accélération de son centre  d'inertie
  Forces extérieures :force du moteur + force de frottement
                  F= ma
Dans ce cas F=41 10^7.0,071= 2911 10^4 N
ce qui n'a rien à voir avec ton résultat 2930 Newtons Pourquoi?




*** message déplacé ***
re : calcul d accélérations en physique#msg193777#msg193777 Posté le 23-04-05 à 15:46
Posté par ProfilBelge-FDLE Belge-FDLE

Salut ,

Alors, tu as tout à fait raison Bufani .
En fait, mon erreur est dûe au fait que pour le calcul, j'ai pris 41 000 kg au lieu de 41 000 tonnes, soit 41x106 kg (et non 7 comme tu l'as marqué ). C'est pour ça que  le résultat que j'aurais dû trouvé est en fait :

2930 103 N

Le fait que je trouve 2930 et non 2911 comme toi vient du fait que j'ai donné le calcul à ma machine d'une traite, et elle n'a donc pas arrondi la valeur de l'accélération à 0,071 m.s-2, mais a gardé la valeur exacte (0,714506173...).
Cependant, comme on te demande de calculer l'accélération avant, ton résultat 2911 103 N me parait plus judicieux .

À +

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