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Niveau maths sup
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Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon

Posté par
amage
27-03-20 à 01:29

Bonjour et merci déjà pour l'attention accordée à mon message.
Exercice : Cet exercice  comporte deux parties indépendantes.
A) Analyse dimensionnelle
Une loi horaire s'écrit : Y = (A + Bt)exp(-t) où A, B et sont des constantes. Quelle est la dimmension [A,B,] du produit des trois constantes.

B)Recul d'un canon
1)Calculer la vitesse de recul d'un canon de 8 cm au repos tirant horizontalement un obus de 2kg avec  une vitesse initiale de 600 m/s
2) Pour limiter la distance de recul du canon à d = 1m, on utilise un ressort de raider K, dont l'une des deux extrémités est fixe et l'autre fixée au canon. Quelle doit etre la valeur minimale de K ?

Pour mon travail,
A) J'ai pas pu faire l'analyse carje ne sais pas comment ressortir la dimension de t avec cette fonction exponentielle
B)
1) Je pense qu'il est possible d'appliquer le théorème de la quantité de mouvement mais je ne sais pas comment
2) J'ai pas pu faire.

Merci encore.

Posté par
gts2
re : Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon 27-03-20 à 10:11

L'exponentielle est une fonction mathématique qui prend comme argument un nombre (pur), donc t est sans dimension. C'est le cas de toutes les fonctions trigonométriques, du logarithme ...

Pour le 1, le théorème de la quantité de mouvement est à appliquer à l'ensemble {canon, boulet} considéré comme quasi isolé pendant le tir. Mais vous pouvez court-circuiter si vous connaissez une propriété de la quantité de mouvement relative à un système isolé.
L'énoncé est bizarre : que représente 8cm ? Il manque une donnée, laquelle ?

Pour le 2, c'est un problème masse-ressort que je suppose vous savez traiter, dans lequel on donne la condition initiale (la vitesse obtenue en 1)  

Posté par
amage
re : Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon 27-03-20 à 14:19

A) Merci beaucoup pour vos explications j'ai trouvé [] = T^-1 et [A] = [Bt] = L ce qui me donne [A] = L et [B] = LT^-1
B)
1) En effet j'ai commis une erreur lors de la saisie c'est plutôt 800 kg au lieu de 8 cm
Mais le soucis que j'ai c'est que l'application du TQM en considérant l'ensemble comme pseudo isolé me mènerai à m = vecteur nul, étant l'accélération...
2) Je ne comprends toujours pas s'il vous plait
Merci encore

Posté par
gts2
re : Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon 27-03-20 à 15:14

Oui l'accélération du centre d'inertie est nulle, mais sous cette forme, cela n'est pas très pratique, utilisez  plutôt \frac{d}{dt}(m\vec{v}+M\vec{V})=\Sigma \vec{F} .

Mais, je répète, vous devez avoir qqch dans votre cours qui concerne la quantité de mouvement d'un système isolé.

Pour la 2, votre système est constitué du ressort (k) et du canon (M), vous connaissez l'état initial canon de vitesse V, vous cherchez l'état final canon à l'arrêt et ressort comprimé de l, que pouvez vous dire de ce système d'un point de vue énergétique ?

Posté par
Vertigo
re : Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon 27-03-20 à 15:41

Bonjour à tous,

Qu'il me soit permis de faire observer que je ne suis pas entièrement d'accord avec gts2 en ce qui concerne l'analyse dimensionnelle de la loi horaire proposée.

En effet, s'il est parfaitement exact que l'argument de l'exponentielle doit être un nombre sans dimension, il faut, pour que cette condition soit satisfaite que le produit :
-t
soit, pour sa part,  un nombre pur, ce qui implique que la constante ait la dimension d'un temps réciproque t-1 (l'inverse d'un temps).
En effet, la variable t a la dimension d'un temps puisqu'on nous dit qu'il s'agit d'une équation horaire.
Ainsi, l'argument de l'exponentielle, (-t) est bien, lui même, un nombre pur.
Au reste, si l'on admet que la loi horaire représente une distance, la loi Y a la dimension d'un longueur, et par voie de conséquence, la grandeur A est elle même une longueur, et la grandeur B possède ladimension d'une vitesse l.t-1.
Ainsi, la parenthèse  (A+Bt) est une longueur, et le terme exp(-t) est un réel pur, et la loi horaire proposée est alors homogène sur le plan de son analyse dimensionnelle.

Cordialement.

Vertigo

Posté par
gts2
re : Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon 27-03-20 à 15:59

Bonjour à toi,

On est parfaitement d'accord, en quoi @amage ou moi avons-nous dit quelque chose de différent ?

Posté par
Vertigo
re : Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon 27-03-20 à 16:46

Bonjour gts2,

Je vous aurai lu trop hâtivement.

Toutes mes excuses.

Bien cordialement

Vertigo

Posté par
amage
re : Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon 27-03-20 à 17:04

Bonsoir @Vertigo et merci même si vos explications rejoignent ceux de @gts2.
@gts2 pour la propriété du cour je pense qu'il s'agit de celle qui dit que la résultante des forces est nulle et donc que le vecteur quantité de  mouvement est constant.
Mais par rapport à la question B) 1) la résultante étant nulle on aura :
\frac{d}{dt}(mv + MV) =0 soit : mv + MV = cte = p = p(t=0) = 2*600 = 1200 = force de recul

Posté par
amage
re : Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon 27-03-20 à 17:07

Non erreur désolé c'est plutot p = MVr, Vr étant la vitesse de recul
donc Vr = 2 m/s.

Posté par
gts2
re : Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon 27-03-20 à 17:14

C'est bien cela : conservation de la quantité de mouvement.

Je ne comprends pas votre application numérique V_r=-\frac{m}{M}v=-\frac{2}{800}600=1,5 m/s ?

Posté par
amage
re : Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon 27-03-20 à 17:20

Pour la dernière question je n'arrive toujours pas...

Posté par
amage
re : Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon 27-03-20 à 17:22

gts2 @ 27-03-2020 à 17:14

C'est bien cela : conservation de la quantité de mouvement.

Je ne comprends pas votre application numérique V_r=-\frac{m}{M}v=-\frac{2}{800}600=1,5 m/s ?

Oui c'est une erreur c'est bien 1,5 m/s

Posté par
gts2
re : Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon 27-03-20 à 17:23

Une remarque, qui ne change (presque) rien au calcul.

A t<0, p=0+0=0, et à t>0 p=mv+MV, en particulier on trouve le signe - du recul.

Posté par
gts2
re : Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon 27-03-20 à 17:35

Pour la 2, à t=0+, quelle est l'énergie mécanique de {ressort,canon} ?
Lorsque le canon s'arrête, que vaut cette même énergie mécanique ?

Posté par
amage
re : Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon 27-03-20 à 19:22

amage @ 27-03-2020 à 17:22

gts2 @ 27-03-2020 à 17:14

C'est bien cela : conservation de la quantité de mouvement.

Je ne comprends pas votre application numérique V_r=-\frac{m}{M}v=-\frac{2}{800}600=1,5 m/s ?

Oui c'est une erreur c'est bien 1,5 m/s

D'accord compris merci !
Pour la question
2) A t=0+,
Em = Ec + Ep = Ecc + Ecb = mv²/2 + MV²/2
A l'arrêt du canon,
Em = Ec + Ep = Ecb + Kd²/2
Mais mon problème est maintenant que vaut Ecb à cet instant ?

Posté par
amage
re : Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon 27-03-20 à 19:23

Où Ecc et Ecb réprésentent respectivement l'énergie cinétique du canon et de la boule.

Posté par
gts2
re : Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon 27-03-20 à 19:32

Le plus simple est d'oublier Ecb, le boulet n'interagit plus.
Système = {Ressort, Canon}

Posté par
amage
re : Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon 27-03-20 à 19:49

D'accord et donc l'énergie cinétique du boulet est nulle et en égalisant les deux expressions de Em K s'obtient aisément.
Merci beaucoup pour toutes vos explications

Posté par
gts2
re : Analyse dimnsionnelle et recul d'un canon 27-03-20 à 19:53

C'est bien cela.



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