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Mouvement d'un véhicule

Posté par
Tux28
22-08-08 à 17:51

Citation :
  Une automobile de masse M, assimilable à un solide en translation, est en panne de moteur. Elle est poussée par un véhicule de secours.

1) Le démarrage de l'automobile en panne sur une route rectiligne et horizontale commence par une phase au cours de laquelle le véhicule de secours qui la pousse exerce une force constante \vec F, parrallèle au déplacement et orientée dans le sens du mouvement. Dans cette question on admettra qu'aucune force ne s'oppose à l'avancement de l'automobile.

a/ Effectuer le bilan des forces qui s'exercent sur l'automobile et les représenter en G.

b/ L'automobile atteint la vitesse V_1 après un parcours de longueur L.
   -Etablir l'expression littérale de F, valeur de la force exercée par le véhicule de secours
   -Calculer F.

2) Suite au parcours précédent, l'automobile libérée de l'action exercée par le véhicule de secours, aborde une portion de route BC, rectiligne, inclinée d'un angle par rapport à l'horizontale. Des frottements existent sur la portion de route BC. Ils sont modélisés par une force constante \vec f, de direction parallèle au vecteur vitesse et de sens opposé à celui-ci. La vitesse de l'automobile s'annule après un parcours de longueur L'.

-Etablir l'expression littérale de f, valeur de la force modélisant les frottements.
-Calculer f.

Données : g=9,8 N.kg^-^1 ; L=300 m ; V_1=50 Km.h^-^1 ; M=1200 kg ; =10° ; L'=50 m


1)a/ Bilan des forces :

\vec P : son poids

\vec {R_n} : réaction normale, de direction perpendiculaire au support

\vec F : force exercée par le véhicule de secours, de meme sens que celui du mouvement

b/ Pour trouver F, c'est bien du théorème de l'énergie cinétique que je me sert ?

\frac{1}{2}mV_1^2 - \frac{1}{2}mV_1^2 = \sum W_{AB} (\vec F)

C'est bien celà ? Je ne sais pas trop comment faire, merci de m'aider...

2) Je bloque. Peut etre qu'après avoir résolue la 1), je pourrais faire celle ci...


Merci de vos réponses

Edit Coll : LaTeX

Posté par
JBT
re : Mouvement d'un véhicule 22-08-08 à 17:59

La question a) est bonne

P et Rn se compensent, ainsi il n'y a que F qui agit et ton énoncé explique qu'il n'y a pas de force de frottements

Je regarde la suite


Jb.

Posté par
JBT
re : Mouvement d'un véhicule 22-08-08 à 18:02

Pour la b) le problème, c'est que tu utilises un théorème pour trouver une énergie. Toi, tu cherches une force...

Ce n'est strictement pas la même chose...

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 22-08-08 à 18:07

Salut:
Oui c'est bien tu cherche le travail de la force \vec{F} car les autres forces ne travaillent pas .
utilise la relation:
W\vec{F}=\vec{F}\vec{AB}

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 22-08-08 à 18:13

salut :
Ds l'expression de le théorème de l'energie cinétique
  tu as mal écris le 1er membre:
Ec               il s'agit de Ecfinale-Ecinitiale
initialement vi=0   vf= V1

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 22-08-08 à 18:19

Salut: allez pousses tu es sur le bon chemin , tu as déjà bien fais d'avoir pensé au théorème de l'Ec.

Posté par
Tux28
re : Mouvement d'un véhicule 22-08-08 à 18:19

b) a/

\vec P + \vec R_n se compensent, seule \vec F agit sur le solide.

Par définition, le travail d'une force constante au cours d'un déplacement \vec {AB} est égal à :

W_{AB}(\vec F) = \vec F.\vec {AB}
W_{AB}(\vec F) = F.AB


b) Application numérique :

W_{AB}(\vec F) = F.AB
F= W_{AB}(\vec F) / AB

mais comment je trouve W_{AB}(\vec F)  ?

Merci pour vos réponses JBT et 122155

Posté par
Tux28
re : Mouvement d'un véhicule 22-08-08 à 18:22

Humf. Mais cette relation W_{AB}(\vec F)= \vec F. \vec {AB} et celle de l'energie cinétique n'ont rien à voir ?

Désolé d'etre aussi largué =S

Posté par
JBT
re : Mouvement d'un véhicule 22-08-08 à 18:30

C'est surtout 122155 qui t'aide Merci quand même

Moi je ne comprends toujours pas pourquoi on utilise un théorème pour trouver la valeur d'une énergie alors que l'on demande la valeur d'une force...

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 22-08-08 à 18:31

salut:
le théorème de l'énergie cinétique pour cette automobile se formule ds la relation suivante:
E_c_f-E_c_i= W\vec{F
tu as trouvé l'expression du 2ème membre :F.AB (= F.L).
tu as vi=0  vf=V1    trouves alors l'expression du 1èr membre .
reviens à la relation de l'Ec et en déduit l'expression de F.

Posté par
Tux28
re : Mouvement d'un véhicule 22-08-08 à 19:09

Merci beaucoup, donc, ça nous donne :

\frac{1}{2}mVf-\frac{1}{2}mVi = W \vec F

Vi=0 donc :

\frac{1}{2}mV_1 = F.L

F= \frac{\frac{1}{2}mV_1}{L}

F= \frac{\frac{1}{2}(1200*13,88)}{50}

F= 1,7.10^2 N

C'est bien celà ?

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 22-08-08 à 19:49

salut:
non, car  E_c=\frac{1}{2}m.v^2       et pas 1/2m.v

Posté par
Tux28
re : Mouvement d'un véhicule 22-08-08 à 20:02

arff. J'ai complètement oublier.

Donc je recommence :

\frac{1}{2}mV_1^2 = F.L

F=\frac{\frac{1}{2}mV_1^2}{L}

F=\frac{\frac{1}{2}(1200*13,88^2)}{50}

F= 2,3.10^3 N

C'est mieux ?

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 22-08-08 à 20:12

salut:
oui c'est parfait , car tu as bien converti la vitesse en m/s.
maintenant tu passes à la question 2)

Posté par
Tux28
re : Mouvement d'un véhicule 22-08-08 à 21:08

Merci beaucoup 122155

2)

W_{BC}(\vec f)= \vec f.\vec {AB}.cos

C'est celà ?

Posté par
Tux28
re : Mouvement d'un véhicule 22-08-08 à 21:09

Je me suis trompé dans la deuxième partie de l'expression, f et AB ne sont pas des vecteurs mais des valeures...

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 22-08-08 à 21:24

non car la  force \vec{f} est constante , de direction parallèle au vecteur vitesse et de sens opposé.
fais un shéma .

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 23-08-08 à 00:14

Voici un schéma qui va t'aider:

Mouvement d\'un véhicule

Posté par
Tux28
re : Mouvement d'un véhicule 24-08-08 à 12:07

Humf... Je ne vois pas...

N'y a t'il pas quelque chose avec -mgh, pour le poids exerce un travail résistant, ce qui est le cas ? Est ce qu'il est nécessaire de projeter ici ? Et, en quoi le fait que \vec f soit constante change l'expression ?

Désolé =S, et merci

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 24-08-08 à 12:16

f est une force constante .Le travail du poids et de la force f sont tout deux dans ce cas résitants .
Ce qui rend le mouvement de l'automobile retardé et qui finira par s'arreter.
Oui  WP= -m.g h   mais   h=?  
il vaut mieux s'abituer à utiliser la relation:
W\vec{P}=\vec{P}.\vec{BC}

Posté par
Tux28
re : Mouvement d'un véhicule 24-08-08 à 18:28

Merci pour ton aide. Donc je vais essayer...

W\vec P = \vec P.\vec{BC}
 \\ 
 \\ W[tex]\vec P = -m.g.h puisque le travail du poids est résistant

h = BC sin = L' sin

W\vec P = -m.g.L' sin

W\vec P = -1200 * 9,8 * 50 sin 10

C'est bien celà ? Le résultat que je trouve me parait aberrant :s

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 24-08-08 à 19:12

c'est correct.regarde le schéma et trouve l'expression du travail de \vec{f}.

Posté par
Tux28
re : Mouvement d'un véhicule 24-08-08 à 21:24


C'est correct, donc j'ai du faire une erreur de calcul...

Je trouve :

W\vec P = - 1021105,1285 J    C'est bien ça ? =S


Pour le travail de \vec f, il est résistant, donc...

W\vec f = -f.BC ?   Ca m'étonnerai, mais je ne vois pas

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 25-08-08 à 00:28

C'est ça.
En effet W\vec{f}=\vec{f}.\vec{BC}=f.BC.cos=-f.BC
mais pourquoi tu calcul le travail du poids , ce n'est pas demender.
tu dois chercher à établir l'expression littérale de f, valeur de la force modélisant les frottements.
tu dois essayer ..

Posté par
Tux28
re : Mouvement d'un véhicule 25-08-08 à 10:43

D'accord pour le calcul non nécessaire du travail du poids.

Mais, si on en est arrivé à trouver W\vec P= -m.g.L' sin  c'est que cette relation doit intervenir dans l'expression de f. Or, je ne vois pas comment...

La seule chose commune aux deux expressions est BC, soit L'.

----------

Ou alors, W\vec f = W\vec P + W\vec R_n

\vec R_n étant orthogonale à BC, son travail est nul, ce qui nous donne

W\vec f = W\vec P

A partir de là, je peux peut etre faire quelque chose... J'avance des pistes, je ne sais pas si elles sont bonnes, peut etre ridicules, mais je ne comprend pas

Merci de ta patience 122155

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 25-08-08 à 10:50

Penses à appliquer le théorème de l'EC , on rappel que l'automobile  aborde la portion de route BC avec la vitesse V1 et fini par s'arreter vf=0  .
N'oublis pas qu'on cherche l'expression de f , donc laisses les applications numériques jusqu'à la fin.

Posté par
Tux28
re : Mouvement d'un véhicule 25-08-08 à 11:58

W\vec P + W\vec f = -\frac{1}{2}mV^2_1 puisque Vf=0

C'est ça ?

après je remplace les travaux par leur valeures...

-m.g.L' sin - f.L' = -\frac{1}{2}mV^2_1

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 25-08-08 à 12:23

EC=W
or tu as le 2ème membre :
W=-m.g.L' sin - f.L'
trouves le 1er:
EC= Ecf-Eci=?  puis tu remplaces et tu en déduis l'expression de f .

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 25-08-08 à 12:26

Oublis ce dernier message car je n'avais pas vu ta dernière réponse.
oui  parfait :
m.g.L' sin - f.L' = -1\frac{1}{2}m.v_1^2

donnes l'expression de f.

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 25-08-08 à 12:30

pardon car le copier coller n'avait pas bien marché je dis :
-mgL' sin-f.L'=-\frac{1}{2}.m.V_1^2

Posté par
Tux28
re : Mouvement d'un véhicule 25-08-08 à 19:09

Merci

Donc :

f= \frac{\frac{1}{2}mV^2_1 + m.G.L'.sin \alpha}{L'}

?

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 25-08-08 à 19:24

non tu fais une erreur de signe dans la relation.et tu as écris G au lieu de g.

Posté par
J-P
re : Mouvement d'un véhicule 25-08-08 à 20:16

1)

b)
F = ma
v1 = at1
L = at1²/2

t1 = V1/a
L = a.V1²/(2a²) = V1²/(2a)
a = V1²/(2L)

F = m.V1²/(2L)

F = 1200 * (50/3,6)² /(2*300) = 385,8 N
---
Autrement:

Egaler Energie cinétique et énergie macanique.
(1/2)mV1² = F*L
F = m.V1²/(2L)

F = 1200 * (50/3,6)² /(2*300) = 385,8 N
-----
2)

L'énergie cinétique du véhicule en B est (1/2).m.V1²

Energie potentielle en C : mgh = mg.L'.sin(alpha)
Energie perdue par frottement : - f * L'

On a donc: (1/2).m.V1² = mg.L'.sin(alpha) -  f * L'

f = mg.sin(alpha) - (1/2)m.V1²/L'

(f sera négatif puisque s'oppose au mouvement)

f = 1200*9,81*sin(10°) - (1/2)*1200*(50/3,6)²/50 = -271 N
-----
Sauf distraction.  

Posté par
Tux28
re : Mouvement d'un véhicule 25-08-08 à 20:18


ah exacte...  c'est un moins c'est ça ?

f=\frac{\frac{1}{2}mV^2_1 - m.g.L'.sin\alpha}{L'}

Posté par
Tux28
re : Mouvement d'un véhicule 25-08-08 à 20:21

Wow... J-P, je ne comprend rien pour la première question ! De plus le résultat n'est pas le meme que 122155 et moi avaons trouvé =S

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 26-08-08 à 02:21

Tux28  tout le résonnement que tu as fais est correct
il n'ya aucune faute de connaissance   sauf   une petite erreur que tu as commis et dont tu n'avais pas fais attention      revois ton message  
posté le 22/08/2008 à 19:09
tu as travaillé avec L=50m  la valeur de L'
alors que L=300m.

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 26-08-08 à 02:30

pour la 2ème question :

Mouvement d\'un véhicule

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 26-08-08 à 02:42

correcte aussi   , mais tu peux simplifier par L'.
tu aura:
f=\frac{m.v_1^2}{2.L'} -m.g.sin.
en meme temps je ne suis pas d'accord avec J-P(avec tout mon respect à lui) en ce qui conserne     ((f sera négatif puisque s'oppose au mouvement)).
car  l'intensité d'une force est toujours positive    , c'est la projection de la force sur un axe donné qui est une valeur algébrique et qui peut etre parfois négative .  or ce n'est pas le cas  , car,
dans notre cas  .   f > 0  il s'agit de l'intensité f de la force de frottement.

Posté par
Tux28
re : Mouvement d'un véhicule 26-08-08 à 11:17

f=\frac{1200*13,88^2}{2*50}-1200*9,8*sin\alpha

f=270 N

C'est bon j'espère ? ^^

Posté par
J-P
re : Mouvement d'un véhicule 26-08-08 à 11:18

Je ne suis pas d'accord 122155.

Lorsqu'on travaille avec des mouvements rectilignes et que l'on calcule des forces dans la direction du mouvement.
On prend, actuellement, généralement la convention que j'ai indiquée.

Mais cela peut parfois être autrement, par exemple avec des ressorts droits, la convention en général est "la force exercée par le ressort et son allongement sont de signe contraire"

On en parle par exemple dans ce lien (pour le ressort) :


Mais peu importe, qu'il s'agisse de ressort ou de mouvement rectiligne, ce lien indique clairement qu'une force peut, par convention, avoir un signe.

Cela ne signifie pas que j'approuve cette manière de travailler, mais c'est ce qu'on fait actuellement dans l'enseignement.
Je préfère largement utiliser la méthode que tu utilises et qui était celle que j'ai apprise il y a bien longtemps. Cependant les méthodes changent et pas toujours dans la bonne direction, il faut bien faire avec.
Même si je n'approuve pas cette nouvelle manière de faire, je l'utilise pour ne pas perturber les élèves à qui on enseigne cette méthode de "forces signées".

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 27-08-08 à 00:52

f=270 N  meme avec la méthode de J-P c'est ce qu'on trouve.

Posté par
J-P
re : Mouvement d'un véhicule 27-08-08 à 08:05

Ma méthode amêne f = -270 N pour les raisons déjà écrites.

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 29-08-08 à 01:26

Mais je n'arrive pas à savoir la loi que tu as appliqué   ici :    
  <<<L'énergie cinétique du véhicule en B est (1/2).m.V1²

Energie potentielle en C : mgh = mg.L'.sin(alpha)
Energie perdue par frottement : - f * L'

On a donc: (1/2).m.V1² = mg.L'.sin(alpha) - f * L'

f = mg.sin(alpha) - (1/2)m.V1²/L'     >>>
S 'il y'a frottement , il n'y'a pas conservation de l'Em , mais lorsqu'on applique le théorème de l'energie cinétique voici son résultat :
f = -mg.sin(alpha)+ (1/2)m.V1²/L'  je suis sure de ce dernier résulat ,et en plus il résulte de l'application du théorème de l'Ec.

Posté par
J-P
re : Mouvement d'un véhicule 29-08-08 à 09:20

C'est uniquement une question de conventions.

a) La convention que j'adopte :
Comme la force f s'oppose au mouvement, le travail de cette force est considéré comme négatif --> Wf = -f*L'

Et donc avec :
Energie cinétique en bas de la côte + énergie potentielle en bas de la côte = Energie cinétique en haut de la côte + énergie potentielle en haut de la côte + Travail de la force de frottement.

Energie cinétique en bas de la côte = (1/2) m.V1²
Energie potentielle en bas de la côte = 0 (référence des altitude en bas de la côte)
Energie cinétique en haut de la côte = 0 (puisqu'on considère le véhicule au moment de l'arrêt).
Energie potentielle en haut de la côte = mg.L'.sin(alpha)
Travail de la force de frottement = -f*L' (puisque s'oppose au mouvement)

On a alors:
(1/2) m.V1² = mg.L'.sin(alpha) - f*L'

Et le résultat sera une force f négative.
f = [mg.L'.sin(alpha) - (1/2) m.V1²]/L'
f = mg.sin(alpha) - (1/2) m.V1²/L'

Comme la force est négative, on sait qu'elle s'oppose au mouvement.
-----
b) La convention que tu adoptes :

Mais, il est évident que si on prend comme convention que toutes les forces sont positives, f est une force positive et alors le travail de cette force est Wf = f.L' et avec :

Energie cinétique en bas de la côte + énergie potentielle en bas de la côte = Energie cinétique en haut de la côte + énergie potentielle en haut de la côte + Travail de la force de frottement.

Energie cinétique en bas de la côte = (1/2) m.V1²
Energie potentielle en bas de la côte = 0 (référence des altitude en bas de la côte)
Energie cinétique en haut de la côte = 0 (puisqu'on considère le véhicule au moment de l'arrêt).
Energie potentielle en haut de la côte = mg.L'.sin(alpha)
Travail de la force de frottement = f*L'

On a alors:
(1/2) m.V1² = mg.L'.sin(alpha) + f*L' et on arrive à :

f = -mg.sin(alpha)+ (1/2)m.V1²/L'

Le résultat est alors positif. Mais ce n'est pas étonnant puisque ta convention amène toutes les forces positives.

Ce qui est (un peu) dommage avec cette convention, c'est que le seul résultat de la valeur de la force ne donne pas d'information quant à son sens par rapport au mouvement, alors qu'avec l'autre convention, la seule indication de la force montre, par son signe, que cette force s'oppose au mouvement.
-----
Mais je le redis, quelle que soit la convention adoptée on peut arriver à la solution.

Pour ne pas trop perturber les élèves, auxquels on enseigne en général les choses avec la convention a, je l'adopte aussi... Même si je préfère et de loin la convention b.

Sauf distraction.  

Posté par
122155
re : Mouvement d'un véhicule 29-08-08 à 23:07

Salut J-P
Lorsqu'on envisage  ceci
<<<Comme la force f s'oppose au mouvement, le travail de cette force est considéré comme négatif -->
Wf = -f*L' >>>


et en meme temps on trouve ceci:

f = -270 N  <0
je pense qu'on est en contradiction.    non?
Car on aura  Wf>0 ce n'est  pas en accord avec ce qu'on a supposé.
  

Posté par
J-P
re : Mouvement d'un véhicule 30-08-08 à 10:05

J'aurais mieux fait d'écrire:

Comme la force f s'oppose au mouvement, le travail de cette force est donné par : Wf = -f*L'

Pour le reste, tout est bon.

Posté par
J-P
re : Mouvement d'un véhicule 30-08-08 à 10:16

122155,

Pour que tu ne penses pas que je suis le seul à utiliser des forces négatives ou des travaux style W = -F*L, tu peux par exemple allez voir les interventions de Coll sur ce fil.

Exercice de Physique : Travail , Puissance , Energie

Intervention du 14/08/2007 à 16:06
et
Intervention du 14/08/2007 à 16:37

Coll, tout comme moi utilisons les conventions qui sont actuellement enseignées.



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