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Travail et puissance du poids (DM)
Bonsoir, je suis en train de faire un exercice sur les forces (avec travail, puissance,...) et j'aurais besoin d'aide pour avancer s'il vous plaît 
. Merci !
Un enfant de masse m = 30kg est debout sur la plate-forme horizontale placée au sommet d'un toboggan. Le toboggan est un plan de longueur l = 3,0m et incliné d'un angle de 30° avec l'horizontale.
1. a. Représenter les forces auxquelles se trouve soumis l'enfant debout sur la plate-forme.
1. b. Quelle relation peut-on écrire avec ces forces lorsque l'enfant est immobile ?
2. L'enfant se laisse maintenant glisser à vitesse constante le long du plan incliné.
a. Quelles informations de l'énoncé permettent d'affirmer que, dans ce cas, il y a des fottements ?
b. Représenter les forces qui s'exercent alors sur l'enfant.
c. Quelle est la relation qui existe entre les forces exercées sur l'enfant ?
3. a. Calculer le travail du poids de l'enfant au cours de la descente sur le toboggan.
3. b. Calculer le travail de la réaction du support au cours de cette descente.
3. c. Quel commentaire peut inspirer la comparaison des deux résultats ?
4. Calculer la valeur de la puissance du poids au cours de la descente, si celle-ci s'est effectuée en 2,5 s.
Alors :
1. a. Il y a le poids et la réaction du support.
1. b. P + R = 0 ?
2. a. Le fait que le toboggan soit incliné avec l'horizontale permet d'affirmer qu'il y a des frottements ?
Une nouvelle force apparaît en suite, mais je ne la trouve pas, et donc les forces ne se compensent plus.
Mais pour la 3. et la 4. je bloque.
Merci beaucoup pour votre aide !
Bonjour,
Question 1a : oui
Question 1b : il serait largement préférable d'écrire
Question 2 : les deux mots les plus importants de l'énoncé : à "vitesse constante"
Que peux-tu déduire de la présence de ces deux mots ?
Quelles sont les forces qui interviennent alors que l'enfant glisse à vitesse constante sur le toboggan ?
Si elles n'apparaissent pas, tu te trouves toujours avec deux forces :
. le poids
. la réaction normale du toboggan qui, quand l'enfant glisse, est inclinée par rapport à la verticale car "normale" c'est-à-dire perpendiculaire au plan incliné du toboggan
La somme de ces deux forces peut-elle être nulle ?
Pour glisser à vitesse constante il n'y a besoin d'aucune force (j'espère que tu vas bientôt écrire quelque chose comme cela...)
La somme vectorielle du poids (force toujours verticale) et de la réaction normale du toboggan (force inclinée par rapport à la verticale) peut-elle être nulle ?
Donc la somme des deux forces peut être nulle. Les frottements apparaîssent mais sont négligeables ?
Deux vecteurs non nuls et qui ne sont pas colinéaires (une force est verticale, le poids, l'autre est inclinée par rapport à la verticale) peuvent-ils avoir une somme vectorielle nulle ?
Auparavant, j'avais dit que non. Non, elle ne peut être nulle car les directions ne sont pas "opposées".
En effet elle ne peut être nulle car les directions ne peuvent être opposées.
La réponse donnée à 14 h 23 ne convenait pas du tout. Je répète que l'enfant peut très bien glisser avec des forces appliquées dont la somme vectorielle est nulle...
Continuons la réponse de la question 2a
Si la somme des forces n'est pas nulle, la vitesse peut-elle être constante ? (revois les deux premières lois de Newton pour ne pas te tromper dans ta réponse)
Si dans un référentiel terrestre, la somme vectorielle des forces extérieures appliquées au système est non nulle alors le vecteur vitesse varie au cours du temps donc la vitesse ne peut pas être constante.
C'est ça ?
Parfait !
Alors maintenant il faut raisonner !
Quand l'enfant glisse :
Avec seulement deux forces (poids et réaction normale), la somme vectorielle ne peut pas être nulle...
Si la somme vectorielle n'est pas nulle alors la vitesse n'est pas constante...
Or,
l'énoncé affirme que la vitesse est constante
donc
... (réponse à la question 2a)
Oui...
Sans forces de frottement la somme vectorielle du poids et de la réaction normale
au plan incliné ne peut pas être nulle et donc la vitesse ne peut pas être constante.
Puisque l'énoncé dit que la vitesse est constante, c'est qu'il y a une troisième force : les forces de frottement !
Je pense qu'avec ce que nous avons fait tu dois pouvoir répondre facilement maintenant aux questions 2b et 2c
La formule pour calculer le travail est bien la suivante :
(pour le poids) : WAB(vecteur P) = P*AB*cos 
?
Oui.
P : intensité de la force (ici intensité du poids)
AB : distance parcourue par le point d'application pour le travail considéré
: angle entre la direction de la force et la direction du déplacement (la force fournit un travail moteur si cet angle est inférieur à un angle droit et la force fournit un travail résistant si cet angle est supérieur à un angle droit ; un travail nul si l'angle est droit).
D'accord pour l'intensité du poids : 294 N
Mais pas d'accord pour l'angle entre la direction du poids (la verticale) et la direction du mouvement. Il faut revoir la valeur de
Le travail du poids lors de la descente de l'enfant vaut bien 441 joules
Beaucoup plus facile : quel est le travail de la réaction normale du support ?
Il faut d'abord calculer la valeur de la réaction mais j'ai un trou de mémoire quant à la formule.
Peux-tu me la rappeler s'il te plaît ?
Quelle est la direction de la réaction normale du plan incliné du toboggan par rapport au déplacement de l'enfant et donc par rapport au déplacement de son point d'application ?
Grosso modo vers le haut, oui ; mais attention : pas verticale !
La réaction normale au support est, par définition, "normale" c'est-à-dire perpendiculaire au support.
Comme le support, le plan incliné du toboggan, est incliné de 30° par rapport à l'horizontale, la perpendiculaire au support est inclinée de 30° par rapport à la verticale.
Mais on n'a pas besoin de tout cela...
Quel est l'angle entre la réaction normale au support et la direction du déplacement de l'enfant ?
La direction du déplacement de l'enfant est la direction du plan incliné
La direction de la réaction normale au plan incliné est la direction perpendiculaire au plan incliné
Quel est l'angle entre ces deux directions ?
Que vaut en conséquence le travail de la réaction normale au plan incliné ?
Il faut écrire que le travail de la réaction NORMALE est nul.
Si tu oublies le mot "normal" (il me semble que j'ai assez insisté) il y a ambiguïté. Certains considèrent en effet (et cela se comprend très bien) que les forces de frottement sont une composante de la réaction du plan incliné, réaction tangentielle. Il me semble que ce n'est pas le cas de ton énoncé (qui n'est pas très clair quand même).
Question 3c : quel est ton commentaire ?
Question 4 : pour une descente en 2,5 secondes, quelle est la puissance du poids ?
Le prof ne nous a jamais parlé de réaction "normale", désolé...
On peuut donc en déduire que le seul le trvail du poids est exercé ? Question bizarre...
Non justement, on ne peut pas en déduire qu'il n'y aurait que le travail moteur du poids.
Il y a un travail résistant et ce travail résistant à la même valeur (au signe près, suivant les conventions habituelles) que le travail du poids.
Quelle est l'autre force qui travaille ?
Evidemment ! Il y a trois forces :
. le poids qui travaille (travail moteur)
. la réaction NORMALE qui ne travaille pas
. les frottements (ou réaction tangentielle) qui travaillent (travail résistant qui s'oppose au mouvement ; c'est pour cela que la vitesse peut être constante)
Peut-être...
On peut aussi dire que puisque la somme du travail du poids et du travail de la réaction NORMALE du support n'est pas nulle c'est la preuve qu'il y a des frottements...
Tu connais le travail du poids...
Tu connais la durée pendant laquelle cette force agit...
Quelle est la relation entre puissance (en watts), travail (en joules) et durée (en secondes) ?
La puissance est égale au travail divisé par le temps ?
Donc ici : puissance du poids = 441/2,5 = 176,4 W ?
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