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Les forces

Posté par
Real
15-02-10 à 15:07

Bonjour, j'ai un devoir maison de physiques-chimie à rendre mais je bloque sur un exercice.

Un moteur permet de réaliser la montée d'un objet, le lond d'une pente.(Les frottements au sol de peuvent pas être négligés).
L'objet se déplace à vitesse constante. Le câble exerce une tension d'intensité T=1kN lors de la traction de l'objet.

La question qui me pose problème est :
* Faire le bilan des forcas s'exercant sur ce système en mouvement et représentez qualitativement sur le schéma ci-dessous.

J'ai commencé à faire le bilan des forces mais j'ai l'impression qu'il m'en manque :
- Poids P du système
- Tension T du fil
- Réaction R d'un système solide
- Frottement f
- Force T1 exercée par le moteur

y en a t-il d'autre ?
Et comment les représenter sachant que je n'ai aucune valeur pour faire une quelquonque échelle.

Posté par
Real
re : Les forces 15-02-10 à 15:11

J'ai oublié de donner les données de l'exercice :

Angle de la pente alpha = 15°
Masse de l'objet m = 200 kg
Intensité de la pesanteur g = 9,81 N.kg-1

Posté par
vlarr95
exerice 15-02-10 à 15:34

salut tu t'en sors ou pas .?????????????????????

Posté par
Awnorus
re : Les forces 15-02-10 à 15:39

Bilan des forces s'exerçant sur le système de l'objet en mouvement :
# Le poids \vec{P}=m\vec{g}.
# Tension du câble : \vec{T} avec ||\vec{T}||=1000 newton.
# Réaction de la pente sur l'objet en mouvement se décompose en deux composantes :
## Une réaction normale à la trajectoire (perpendiculaire à la pente) : \vec{R}.
## Une réaction tangentielle à la trajectoire (qui représente les frottements) : \vec{F}.

Le moteur n'exerce pas d'actions sur le solide en mouvement, il exerce une action sur le câble, c'est le câble qui transmet l'action du moteur au solide via la force \vec{T}.

Quelles autres forces voudrais-tu ajouter ?
La poussée d'Archimède est négligeable.
Eventuellement, on pourrait considérer qu'il y a des frottements avec l'air sur la face avant du mobile, mais ce n'est pas particulièrement utile car il s'agit des mêmes frottements que ceux aux niveaux des roues avec pour seule différence la norme et le point d'application. Je te laisse les ajouter si tu le souhaites, mais globalement, on peut considérer tous les frottements comme compris dans le vecteur \vec{F}.

Concernant le schéma, je te montre un exemple de ce qui est attendu pour ce type de question, à toi d'adapter en fonction de l'énoncé !

Tu connais la valeur de la tension du câble, ainsi que le poids du système.
En appliquant le principe fondamentale de la dynamique au système constitué du mobile dans un référentiel galiléen ; puis par projection selon deux axes adaptés, tu obtiendras la valeur de la réaction normale de la pente R, puis, la valeur de la force de frottement F.

Je te laisse mener le calcul, poste tes résultats si tu veux une vérification, ou bien précise à quel endroit tu bloques si tel est le cas.

Posté par
Awnorus
re : Les forces 15-02-10 à 15:46

Oups ; j'avais oublié l'image...

Posté par
Awnorus
re : Les forces 15-02-10 à 15:50

J'ai de sérieux soucis de chargement, j'espère qu'un modérateur pourra corriger mes multipostes.

Les forces

Posté par
Real
re : Les forces 15-02-10 à 15:56

Awnorus merci de tes explications, mais quelque chose m'intrigue. Puisque R= Rn + f

La force de frottement est donc comprise dans la réaction R du solide.
Donc si j'ai bien compris je dois enlever la force de frottement f dans mon bilan des forces non ?

Posté par
Awnorus
re : Les forces 15-02-10 à 16:11

Je développe un peu ce point délicat.

Le support exerce une action sur le solide que l'on appelle : réaction.
C'est action se décompose en deux : une composante normale (réaction normale) et une composante tangentielle (les frottements).

Prenons l'exemple d'un verre posé sur une table, il est à l'équilibre, les forces s'exerçant sur lui sont son poids et la réaction de la table ; le poids est vertical et dirigé vers le bas, or, comme le verre est à l'équilibre, la somme des forces est nulle donc la réaction de la table est verticale (normale à la table) et dirigée vers le haut. Il n'y a pas de frottement.

La réaction, c'est ce qui empêche l'objet de traverser le support, mais c'est à ce niveau là que se manifestent les frottements (zone de contact entre les solides).
La réaction est une force exercée par le support sur l'objet, tout comme les frottements. On les regroupe alors sous le même vecteur : R, que l'on décompose ensuite suivant deux directions (tangentielle et normale) pour projeter les bilans des forces sur ces axes.

Je ne sais pas si j'ai été très clair, mais soit en parle de réaction (frottement + réaction normale), soit en parle de réaction normale et de frottements, je préfère décomposer les deux forces dans le bilan pour montrer au correcteur que je n'ai pas oublier les frottements car quand il n'y a pas de frottements : réaction = réaction normale, et quand il y a des frottements réaction = réaction normale + frottement ; attention à l'erreur (c'est pour ne pas commettre cette erreur que je parle toujours de réaction normale et non pas de réaction, je t'invite à faire de même).

Posté par
Real
re : Les forces 15-02-10 à 16:19

Merci, grâce à tes explications j'ai très bien compris.

Je viens de finir mon schéma mais voilà que la question suivante me bloque encore.

* Calculer la valeur des différentes forces que vous venez de citer et donner leurs caractéristiques.

J'ai trouvé que
P = 1962 N
T = 1000 N

Mais pour R ? comment faire ? Dans mon cours il n'y a écrit que
R = Rn + f

Mais on ne connait ni l'un ni l'autre et je n'ai rien d'autre qui puisse m'aider dans mon cours.

Posté par
Real
re : Les forces 15-02-10 à 20:28

???

Posté par
Awnorus
re : Les forces 16-02-10 à 09:23

Tu connais la force exercée par le câble ainsi que le poids du système, cela te suffit pour résoudre la question.

En mécanique, il faut s'aider des lois de Newton et les projeter selon des axes soigneusement choisis.
Connais-tu les lois de Newton ? Si oui, je te mets sur une piste en te disant : deuxième loi de Newton (principe fondamental de la dynamique), projection selon l'axe vertical et selon l'axe horizontal, deux égalités, l'une donnant la valeur de la réaction normale, l'autre des frottements...

Si tu ne connais pas la deuxième loi de Newton, (je ne sais pas trop si elle est vue en première, en terminale c'est certain), tu peux utiliser la première loi de Newton (principe d'inertie) sachant que la vitesse est constante selon un plan incliné : mouvement rectiligne uniforme, donc la somme des forces est nulle. Puis, on projette selon l'axe vertical et horizontal.

Deux méthodes, elles sont identiques conceptuellement, la première plus générale est préférable, mais n'étant pas à jour quant à ce qui est abordé au lycée, je te laisse choisir celle qui t'évoque un vague souvenir.

Posté par
Real
re : Les forces 16-02-10 à 13:32

J'ai trouvé deux méthodes mais je ne sais laquelle est bonne, pourrait tu m'éclairer ? Je n'ai pas encore abordé les lois de Newton en cours, mais j'ai trouvé dans mon livre que :

La vitesse du centre d'inertie étant constant, la somme vectorielle des forces est nulle :
f + P = 0
La force de frottement et le poids ont même valeur :
f = P = 1962


Autre méthode :
f = R sin = P sin
Donc f 507,8

Posté par
Awnorus
re : Les forces 16-02-10 à 14:52

La résolution de cet exercice se base sur la seconde loi de Newton (principe fondamentale de la dynamique) ; l'énoncé est le suivant :
La somme des forces extérieures exercées sur un système = masse du système * accélération du système.

Ici, la vitesse est constante, or, la dérivée d'une constante = 0 ; donc la somme des forces = 0.
Il faut ensuite projeter ces forces selon l'axe vertical et horizontal.

Je développe car cela te semble bien nouveau :
La pente est orientée par le vecteur \vec{e_x} (ce vecteur est parallèle à la pente).
La normale à la pente est orientée par le vecteur \vec{e_y} (ce vecteur est parallèle à la réaction normale).

Maintenant que le repère est posé, il ne reste plus qu'à projeter (pour cela, on effectue le produit scalaire entre les deux vecteurs que l'on multiplie par le cosinus).
Projection du poids selon \vec{e_x} :
\vec{P_x}=||\vec{P}||cos(\pi/2-\alpha)\vec{e_x}=||\vec{P}||sin(\alpha)\vec{e_x}
De même selon \vec{e_y} :
\vec{P_y}=-||\vec{P}||cos(\alpha)\vec{e_y}

On a aussi :
\vec{F}=-||\vec{F}||\vec{e_x}
\vec{T}=-||\vec{T}||\vec{e_x}
\vec{R}=||\vec{R}||\vec{e_y}

Maintenant on projette selon \vec{e_x} :
0=\vec{P_x}+\vec{F}+\vec{T}
D'où : 0=||\vec{P}||sin(\alpha)+||\vec{F}||+||\vec{T}||
Et : ||\vec{F}||=F
D'où, on connait P, sin(a), et T, on trouve donc F.

De même selon \vec{e_y} on trouve R.
La rédaction est un peu lourde donc je vais m'arrêter là. Essaye de voir les exercices corrigés dans le livre, parfois certains expliquent les méthodes et normalement, tu devrais comprendre sans trop de difficulté.

Posté par
Real
re : Les forces 16-02-10 à 19:16

Oulala, effectivement je ne vous cache pas que cela ressemble à du charabia pour moi. Je vais quand même essayer de m'y pencher, puis si je n'y arrive pas tant pis j'abandonnerai. Merci beaucoup pour ces explications en tout cas. Si j'y arrive je posterai ma réponse pour vérification.

Posté par
Awnorus
re : Les forces 16-02-10 à 23:23

Les notations vectorielles font un peu peur, mais il ne faut pas s'arrêter aux apparences...

J'ai regardé et j'ai trouvé une fiche de cours sur ce site qui te permettra d'aborder par toi-même la résolution de ce problème : [lien]
La méthode que j'ai utilisé est la dernière, la méthode analytique, qui est celle que l'on utilise dans 90 % des cas (elle a l'avantage de fonctionner quasiment tout le temps).

Elle a ceci de très bien aussi, c'est une méthode algorithmique, toutes les méthodes de résolution sont identiques, on définit le système, le référentiel, on fait le bilan des forces, on écrit la seconde loi de Newton, on se dote d'un repère, on projette et c'est fini (ou presque).
Le plus difficile c'est de poser le repère (il faut effectuer un choix judicieux), et de projeter (c'est du calcul de trigonométrie ou en général à ce niveau de scolarité, on est un peu manche avec ça).



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