On considère le mouvement de chute verticale d'une balle de tennis de table dans l'air. La courbe donnée (en piece jointe) donne la composante du vecteur vitesse sur le vecteur unitaire k, en fonction de la date t.
1. La vitesse initiale est-elle dirigée vers le bas ou vers le haut? Le vecteur k ets-il ascendant ou descendant?
2. Quelle est la vitesse limite de la balle?
3. Caractériser le vecteur accélération de la balle à la date t=0.
4. La masse de la balle est de 2.4g. Calculer la force de frottement exercée par l'air à la date t=0. Comparer sa valeur à celle du poids de la balle.
Voilà j'espere que vous pourrez m'aider...
Je n'en suis vraiment pas persuadée:
1. La vitesse initiale étant poisitive, on peut dire que la balle a été lancée vers le haut. Le vecteur k est ascendant.
2. Je vois que la vitesse se stabilise a -8m/s, donc la vitesse limite a rapport avec cela, par contre je ne sais pas commun aller plus loin.
3.A mon avis le vecteur accélération ets verticale et dirigé vers le bas mais je n'en suis pas du tout sure. Et je ne sais pas coment trouver la valeur.
Voilà ce que j'ai pu trouver et encore je suis presque sure que c'est faux...
Rien n'est faux !
La chute est verticale dit l'énoncé. Il n'y a que deux possibilités : la vitesse initiale est soit vers le haut soit vers le bas. Or cette vitesse passe par la valeur 0 (un peu avant t = 1 seconde) donc la vitesse initiale était vers le haut.
Si la vitesse initiale est comptée positivement pour t = 0 c'est que k est orienté vers le haut
Si la vitesse diminue c'est que l'accélération est dirigée à l'opposé de la vitesse initiale, donc l'accélération est négative (comptée sur l'axe k qui est orienté vers le haut) ; d'où vient cette accélération ? Deuxième loi de Newton : de la résultante des forces qui s'exercent sur la balle.
Quelles sont les deux forces qui s'exercent sur la balle ?
Donc si j'ai bien compris, l'accélération est bien dirigée vers le bas vu qu'elle ralentit le mouvement. Pour la valeur de l'accélération, on applique la 2eme loi de Newton en considérant le poids de la balle (dirigé vers le bas) et la force de frottements(vers le haut); dans ce cas on n'aura qu'une valeur littérale, c'est ça?
Par contre, comment interprète-t-on la vitesse limite? Vu qu'elle est négative sur le graphique, je ne comprends pas...
Pour la 4eme question, par contre je ne vois pas quoi utiliser...
Question 2 :
La vitesse négative est simplement la vitesse d'un mouvement dirigé vers le bas.
La vitesse limite est celle de la balle quand les forces extérieures qui s'exercent sur elle (son poids et la résistance de l'air) ont une somme nulle. En descente, la résistance de l'air, toujours opposée à la direction du mouvement, est orientée vers le haut. Plus la vitesse augmente et plus la résistance de l'air augmente jusqu'à être égale et opposée au poids. A ce moment, la vitesse ne varie plus (accélération nulle) : la vitesse limite est atteinte, et elle est en descente (donc négative avec l'orientation de l'axe adopotée).
Question 3 :
On s'intéresse à la force de frottement pour t = 0. A cet instant la vitesse est dirigée vers le haut et la force de frottement qui s'oppose au mouvement est cette fois dirigée vers le bas, comme le poids.
Il y a tout ce qu'il faut pour faire le calcul numérique. Que vaut l'accélération pour t = 0 ? Je lis que la tangente à la courbe représentant la vitesse en fonction du temps coupe l'axe des abscisses (vitesse nulle) pour t = 0,5 seconde.
Quant à la quatrième question elle suit immédiatement la troisième.
Est-ce le vecteur accélération qui est porté par la tangente? Si c'est le cas, je pense qu'il suffit de calculer le coefficient directeur pour avoir sa valeur.
On aurait a(accélération) = -10/0.5 = -20m.s-2
Et pour la 4eme question, lorqu'on a la valeur de l'accélération, il ne reste plus qu'à chercher l'inconnue qui est la force de frottement: on a le poids et l'accélération.
C'est bien ça, ou est-ce que je me suis trompée?
Bah merci beaucoup je rédigerai tout ça tout à l'heure et je posterai tout ça plus tard, si jamais vous vouliez bien vérifier mes réponses...
Me revoilà!Voilà ce que j'ai écrit:
1. La vitesse initiale Vo est positive (Vo= 10m.s-1). De ce fait, on peut dire que la balle a été lancée vers le haut: la vitesse initiale est donc dirigée vers le haut.
On considère le vecteur k ascendant.
2. La vitesse limite de la balle Vlim est, d'après le graphique, Vlim = 8.3m.s-1.
3. Caractéristiques du vecteur accélération:
- On constate que la vitesse diminue à partir de la date t=0. Le mouvement est donc décéléré: l'accélération est dirigée à l'opposé de la vitesse initiel , qui elle est verticale et vers le haut. L'accélération est donc également verticale mais dirigée vers le bas.
- Le vecteur accélération est porté par la tangente à la courbe v=f(t) (car a= dv/dt). De ce fait, à t=0, on a
a= 0-10/0.5-0 = -10/0.5 = -20m.s-2
4. -système: {balle de tennis de table} soumise à son poids mg et à la force de frottement de l'air f.
- référentiel: terrestre supposé galiléen et vecteur unitaire k associé.
- on applique la 2e loi de Newton à la balle:
mg+f = ma
projection sur k:
-mg+f = -ma
f= -ma +mg
= m(g-a)
= 2.4 (9.81+20)
= 71.54N
poids de la balle: mg = 2.4+9.81 = 23.54N
On constate mgf (effectivement, f est 3 fois plus grande que mg). C'est pour celà que la vitesse diminue rapidement.
Je vous remercie sincerement.
J'aimerais savoir: vous dominez aussi bien le domaine de la chimie???
Première question : c'est parce que la vitesse passe par zéro qu'on peut dire que la balle a été lancée vers le haut. Pas parce qu'elle est positive ; ça c'est la convention. Si la balle avait été lancée vers le bas la vitesse ne se serait jamais annulée.
Quatrième question : tu n'as pas choisi le bon signe pour f
g : vers le bas, négatif
a : vers le bas, négatif
m : également dirigée vers le bas car la vitesse initiale est dirigée vers le haut et les forces de frottement s'opposent au mouvement et sont donc dirigées vers le bas.
Il faut en conséquence que tu recommences les calculs correspondants.
Chimie : non, pas du tout. De ce que je constate, c'est dans cette matière qu'il y a le plus de différence entre ce que j'ai appris (essentiellement la chimie minérale, il y a très, très... longtemps) et ce que vous apprenez aujourd'hui (essentiellement la chimie organique ; avec au passage une refonte complète de la nomenclature).
Donc pour la dernière question, ce serait:
projecion sur :
-mg -f = -ma
-f = -ma+mg
f= ma-mg = m(a-g)= 2.4 (20-9.81) = 2.4 * 10.19 = 24.46N
poids de la balle: mg = 2.4*9.81 = 23.54N
On constate que le poids ets à peu près égal à la force de frottement de l'air. Comment interprète-t-on ce résultat??
Nous sommes d'accord.
Faut-il interpréter ? On peut au minimum constater la cohérence des données.
Sans force de frottement (pour t = 0) l'accélération serait simplement celle due à la pesanteur c'est-à-dire environ 10 m.s-2. Avec une force de frottement presqu'égale au poids l'accélération est à peu près double, ce sont bien les 20 m.s-2 que tu as trouvés.
La force de frottement est une fonction de la vitesse qui augmente avec la vitesse.
La vitesse stabilisée (que tu trouves égale à 8,3 m.s-1 en valeur absolue) correspond à des forces de frottement exactement égales au poids (d'où une résultante des forces appliquées nulle et donc une accélération nulle = vitesse uniforme). Or pour t = 0 la vitesse est de 10 m.s-1, supérieure à 8,3 ms-1, et on doit s'attendre alors à une force de frottement légèrement supérieure au poids, ce qui est bien ce que tu trouves.
Donc tout va bien
Bah merci beaucoup j'ai bien apprécié votre aide. Ca m'a permis de trouver sans qu'on me donne les réponses toutes faites.
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