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Chute d'un ballon : DM Energies.

Posté par
chh
26-01-10 à 18:03

Bonjour a tous. J'ai un DM pour lundi prochain , et je bloque sur la partie physique.
Voila l'énoncé :
Un ballon de masse m=360g est lâché du rebord du balcon , sans vitesse initiale, du second étage d'un immeuble. Il atteint le sol avec une vitesse v de 12 m/s.
1) Quelles sont les forces qui agissent sur le ballon ( nom et objet responsable de la force a donner seulement)

J'ai mis : Son poids , c'est la terre qui agit.
Force de frottement : c'est l'air qui agit.

2) Parmi ces forces, dires celle(s) qui est(sont) constante(s) au cours du temps et celle(s) qui est(sont) variables(s) :

J'ai mis : Constante : Poids
Variables : Frottement.

3) La vitesse de chute du ballon est-elle constante au cours de la chute ? justifier.

J'ai mis : Au debut de sa chute il y'a une phase d'accélération , ensuite une phase ou les 2 forces se compensent et une derniere (pas importante car la hauteur ne l'est pas) qui sera un ralentissement car il y'aura Frottement > Poids.

4)Representer sans valeur numérique, l'allure de la courbe representant la vitesse au cours du temps.

En gros j'ai mis temps en abscisse et vitesse en ordonnées , et elle represente une droite au debut et ensuite une ligne droite avec a la fin en pointillés une petite descente pour montré que la vitesse chutera a un moment.

5) Donner les expressions des energies cinétiques, potentielle et mecanique.

J'ai mis point A au debut et B a la fin.
Pour A:
Ec = (1/2)m*0
   = 0
Ep =360.10-3*10*h
Em = Ec + Ep =  Ep

Pour B:
Ec = (1/2)m*122
Ep = 360.10-3*10*0 ( car on est en bas)
   = 0
Em = Ec + Ep = Ep

Je ne sais pas si c'est ceci car certains de mes amis m'ont dit que c'était par la peine de faire deux points A et B ici... Ce que j'ai fait est juste ?

Hypothèse : On considère que la seule force qui travaille est le poids du ballon.
6) Que peut on dire de l'energie mecanique totale ?

J'ai mis : Elle est constante car seul le poids travaille, lui meme étant constant.

7) Faire un bilan energitique , en deux endroit, et en déduire la hauteur d'un étage?

Je ne sais pas comment faire...

Hypothése n°2 :
8) Enoncer le théoreme de l'energie cinetique :
Ec = des travaux des forces exterieurs
Donc ici W(F) + W(P)

9) En realité, la hauteur d'un étage est de 3.45m. En utilisant ce théoreme ci dessus, en déduire le travail de la force F. ( hauteur balcon = 1.10m)

Je calcule W(P) = m*g*h    avec h = 2*3.45 + 2*1.10 ( 2étages et 2 balcons)
                = 360.10-3 * 10 * 9.10
                = 33 J  (?????)

et Ec = (1/2)*360.10-3*144
       ...
Je bloque ici.

Je sais qu'il faut passer le travail des frottements de l'autre coté.. Cela donnerait : W(F) = Ec - W(P)

10) En déduire la valeur moyenne de cette force.


Données = g = 10N.kg-1
Hauteur balcon = 1.10m
12*12 =144
3.3*144 = 5,2.102
3.6*8.0 = 28.8
28/8 = 3.5

Il nous donne ces données pour nous aider a trouver les bonne formules etc..
Merci de m'aider pour mes erreurs et la ou je bloque !

Posté par
chh
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 26-01-10 à 19:31

Désolé pour l'hypothèse n°2 c'est : Une autre force F effectue un travail.

Posté par
chh
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 26-01-10 à 20:03

Un tout petit peu d'aide s'il vous plait

Posté par
cathyz
energies 27-01-10 à 11:02

bonjour ,  pour la Q 7  la hauteur initiale est de 2étages +1 balcon =2h+110  comme Em est constante on a Ec2-Ec1=Ep2-Ep1 : 1/2 m *12^2=m g (2h+110) ...    bonne  continuation

Posté par
chh
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 27-01-10 à 15:38

Merci !
Ec2-Ec1=Ep2-Ep1 : 1/2 m *12^2=m g (2h+110)
=(1/2)*360.10-3*122 = 360.10-3*10*2h+1.10
voila mais ensuite je ne vois vraiment pas ce qu'il faut faire.

Et ce qu j'ai fait avant est juste ? Juste vérification.
Merci

Posté par
cathyz
energie 27-01-10 à 16:00

c'est des math :il n'y a que h comme inconnue
pour la 5   l'expression c'est juste la formule sans les nombres
et pour la 9 Ec=0-Ec2  aprés on remplace dans ton expression : W(F)= Ec-W(P)
OK?

Posté par
chh
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 27-01-10 à 20:37

Merci !
Donc h = 1/2 * 360.10-3*144 / 360.10-3*10*2+1.10
?
Pour la 9,
C'est Ec = EcA - EcB Or on sait que EcA = 0
Donc on peut dire que Ec = EcB = W(P) + W(F)
Donc EcB = 1/2 * 360.10-3*144
D'ou 1/2 * 360.10-3*144 = m*g*h + W(F)

D'ou W(F)= 1/2 * 360.10-3*144 / 360.10-3 * 10 * 8  (c'est mgh)
         = 5760 J


Donc pour la 10)
F = W(F)/AB = 720N


Est-ce bon?
Merci !

Posté par
chh
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 27-01-10 à 20:50

Desolé pour W(F) c'est Ec - mgh

Seulement si je fais 26 (qui est EcB) - mgh
Cela me donne -2.88 ...

Posté par
chh
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 28-01-10 à 13:08

S'il vous plait

Posté par
chh
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 28-01-10 à 17:20

Personne ne peut m'aider ?

Posté par
chh
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 28-01-10 à 19:22

Personne ?

Posté par
Marc35
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 28-01-10 à 19:45

Bonsoir,

Citation :
3) La vitesse de chute du ballon est-elle constante au cours de la chute ? justifier.

J'ai mis : Au debut de sa chute il y'a une phase d'accélération , ensuite une phase ou les 2 forces se compensent et une derniere (pas importante car la hauteur ne l'est pas) qui sera un ralentissement car il y'aura Frottement > Poids.


Au début, il y a une phase pendant laquelle la vitesse augmente (force de frottement < poids).
Quand la force de frottement devient égale au poids, l'accélération est nulle et la vitesse est constante... et elle reste constante : c'est la vitesse limite.

Posté par
chh
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 28-01-10 à 20:09

Merci beaucoup!
Le reste est juste ?
(Pour la question 7, je ne sais pas quoi faire car c'est la meme que la question 5...)
Et est-ce normal que je trouve un W(F) négatif ?
Merci.

Posté par
chh
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 28-01-10 à 21:10

Peut - on juste m'aider pour la hauteur ''h'' a trouver, je ne sais pas comment faire.
Merci.

Posté par
Marc35
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 28-01-10 à 21:28

Citation :
5) Donner les expressions des energies cinétiques, potentielle et mecanique.

La question est un peu ambigüe mais je pense que l'on demande seulement les expressions.
Ec = (1/2)mv2
Ep = mgh
Em = Ec + Ep

Citation :
Hypothèse : On considère que la seule force qui travaille est le poids du ballon.

C'est toi qui l'a ajouté ou ça fait partie du texte de l'exo ?

Posté par
chh
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 29-01-10 à 12:31

Merci !
C'est dans l'énoncé

Posté par
Marc35
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 29-01-10 à 13:00

Citation :
Hypothèse : On considère que la seule force qui travaille est le poids du ballon.
6) Que peut on dire de l'energie mecanique totale ?

donc pas de frottement ==> l'énergie mécanique totale est constante

Citation :
7) Faire un bilan energétique , en deux endroit, et en déduire la hauteur d'un étage?

Au départ, on a Ec0 = 0  (puisque v = 0) et Ep0 = mgh.
Au sol, on a E_{c1}\,=\,\frac{1}{2}mv^2  et Ep1 = 0.
L'énergie mécanique totale étant constante, on a Ec1 = Ep0.
mgh\,=\,\frac{1}{2}mv^2
gh\,=\,\frac{1}{2}v^2

3$h\,=\,\frac{v^2}{2g}
Comme il y a 2 étages (le premier et le rez-de-chaussée), la hauteur d'un étage est h/2 (on ne tient pas compte de la hauteur du balcon).

Posté par
Marc35
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 29-01-10 à 13:17

8) OK
9) Ec = Ec1 - Ec0 = Ec1
Ec = (1/2)mv2
Ec = (1/2).0,36.122 = 25,92 J
WP = mgh =0,36.10.((2 x 3,45) + 1,10) = 28,2528 J
(h fait 2 étages et un balcon).
donc :
WF = Ec - WP = 25,92 - 28,8
WF = -2,88 J
Le travail de la force de frottement est négatif puisqu'il s'agit d'un travail résistant(force en sens inverse du déplacement).

Citation :
10) En déduire la valeur moyenne de cette force.

WF = - Fh ==> F = -WF / h
F = 2,88 / 8 = 0,36 N

Tous les résultats sont à vérifier bien sûr...

Posté par
chh
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 29-01-10 à 18:14

D'accord merci des explications
Merci beaucoup

Posté par
chh
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 29-01-10 à 18:23

Pour la hauteur h , avec votre formule je trouve 7.2m
Pensez vous que ce soit bon?

Posté par
chh
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 29-01-10 à 18:42

Je crois que tout est bon !
J'ai trouvé la bonne valeur. (environ 3.6)
Merci beaucoup pour votre aide.

Posté par
Marc35
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 29-01-10 à 21:04

3,6 m pour un étage ==> OK
A comparer aux 3,45 m parce que, dans les 3,6 m, on ne tient pas compte du balcon...

Posté par
chh
re : Chute d'un ballon : DM Energies. 29-01-10 à 21:37

Effectivement !
Merci encore.



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