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Énergie Cinétique et Travail de forces.
Bonjour/Bonsoir à vous tous,
Je viens sur ce forum pour la première fois parce que voyez vous, j'ai un DM en physique et il y a un exercice qui me pose un gros problème. Je ne vois pas du tout comment y arriver! Si quelqu'un pouvait m'éclairer et m'expliquer s'il vous plaît! x)
Alors voilà l'énoncé:
Un chariot de masse m = 40kg est solidaire d'une piste P. Les parties (AB) et (DE) sont rectilignes, les parties (BD) est une portion de cercle. Le chariot glisse sans frottement sur les parties (AB) et (BD). On prendra g = 10N/kg.
1. Le chariot est lâché de A, sans vitesse initiale, à une hauteur h= 10m par rapport à B (ou D). On considère dans un premier temps qu'il n'y a pas de frottement sur (DE). Déterminer a hauteur maximale h₁ atteinte par le chariot sur (DE) par application du théorème de l'énergie cinétique.
Bon alors déjà, je sais que: T.E.C.: ∑W[AB](vecteur Fext) = ∆Ec (A → B).
Les forces appliquées sont: - Le poids. W[AB](vecteur P) = 40 x 10 x 10
= 4 000 N.
-La réaction du chariot.. ?? (Il est dit que le chariot est solidaire, est-ce que ça exclus cette force?) : ?.
On ne peut pas calculer l'énergie cinétique, puisque qu'on a aucunes données sur la distance et le temps pour avoir une vitesse.
En écrivant la deuxième partie de l'exercice j'ai eu une idée. L'énergie cinétique au point A est nul puisque que le chariot est lâché à vitesse nulle. L'énergie cinétique à la hauteur maximale h₁ est aussi nul puisque le chariot n'a plus de vitesse, il s'arrête. Est-ce que la somme des forces extérieures est donc nulle? D'autant plus que la somme des forces exercées dans la montée annule celle des forces exercées dans la descente.. Si je me fais bien comprendre..
2. Sur (DE) le chariot est soumis à une force de frottement de valeur constante f. La hauteur maximale h₂ atteinte par le chariot n'est que de 8,0m. Déterminer la valeur de f par application du théorème de l'énergie cinétique.
Je sais ici que: W[AB](vecteur F) = F x AB x cos
Or on a ni F, ni AB, ni ..
Tout ça pour dire que je sèche complétement! 
Et désolée pour l'image, j'ai du me débrouiller pour essayer de le reproduire.. u.u
Bonjour,
Question 1 : oui, tu te fais bien comprendre... 
Quelle est donc ta conclusion ?
Le chariot entre A et B perd une hauteur h = 10 m
Quelle hauteur va-t-il atteindre sur DE ?
Ben du coup je pense que le chariot arrive à une hauteur maximale de 10m également.
Mais après, je me pose encore des questions comme: Est-ce que le degrés d'inclinaison entre en jeu? Pourquoi nous avoir donné la masse, la hauteur et la valeur de la gravité, comme pour nous faire calculer le travail du poids? En gros je me demande si mon professeur ne cherche pas à nous piéger.
Nous sommes d'accord pour la question 1
Galilée a énoncé son principe d'inertie (aussi nommé "première loi de Newton") à partir d'expériences qui ressemblent beaucoup à cela. Il a fait varier l'angle et a constaté que quel que soit cet angle (aux frottements près, etc.) la boule (qui est ton chariot) remontait toujours à une hauteur égale à la hauteur de départ. Il s'est demandé ce qui se passerait si DE était horizontal ; il a conclu que pour "remonter à la même hauteur qu'au départ" la boule continuerait sur DE indéfiniment. Un mobile soumis à des forces de résultante nulle a un mouvement rectiligne uniforme. Aucune force n'est nécessaire pour entretenir un tel mouvement.
Question 2 : il n'est pas impossible que les valeurs numériques servent pour cette question ; sans piège !
Dans cette deuxième question trois forces sont en jeu ; lesquelles ?
Quelles sont les deux forces qui travaillent ?
Effectivement, maintenant j'y vois beaucoup plus clair! Merci!
Pour la question 2:
Les forces exercées sur le chariot sont:
-Le poids vecteur P
-Les frottements vecteur f
-Et.. La réaction du chemin ? vecteur R
Donc je suppose que ce sont le poids et les frottements qui travaillent.
Le travail est résistant donc:
W[DE](vec P)= -40 x 8 x 10
= - 3 200 J.
f est une force constante donc:
W[DE](vec f)= f x DE x cos
La force f a la même direction que le déplacement et le sens contraire: = 180°.
W[DE](vec f)= -f x DE et donc f= W[DE](vec f) / DE
Pour calculer DE je fais:
DE= 8/sin
= 16m.
Mais ensuite?
De toutes manières je vais sûrement du mauvais côté parce qu'on me demande de calculer f grâce au T.E.C.
Donc ∑W[DE](vec Fext) = Ec(E) - Ec(D)
- 3 200 + W[DE](vec f) = - Ec(D) (puisque Ec(E) est nul)
W[DE](vec f) = - Ec(D) + 3 200.
... Bon et bien! 
Je bloque encore une fois..
Pourquoi doutes-tu de toi ? Tu es très bien parti, il faut continuer...
Oui, les trois forces sont :
. le poids du chariot
. les forces de frottement, opposées au déplacement
. la réaction normale du support
Oui, les deux seules forces qui travaillent sont :
. le poids
. les forces de frottement
la réaction normale du support est à tout instant perpendiculaire au déplacement et donc son travail est nul.
Oui, le travail du poids est résistant et vaut bien WDE(P) = - m.g.h = - 40 
10 8 = - 3 200 J
Oui, le travail des forces de frottement est lui aussi résistant ; l'angle entre le déplacement et ces forces vaut bien 180° et la distance parcourue par le chariot à la remontée vaut bien 8 / sin(30°) = 16 m
donc le travail des forces de frottement vaut WDE(f) = f DE cos() = f 16 cos(180°) = - 16 f
Que dit le théorème de l'énergie cinétique ?
. que l'énergie cinétique en A est nulle (pas de vitesse initiale) ; Ec(A) = 0 J
. que la variation d'énergie cinétique 
Ec(AD) entre A et D est égale au travail du poids entre ces deux points, c'est-à-dire à WAD(P) = m.g.10 = 40 10 10 = 4 000 J
. Ec(AD) = Ec(D) - Ec(A) = WAD(P) = 4 000 J
. donc que l'énergie cinétique en D vaut 4 000 J
. Ec(D) = 4 000 J
. que l'énergie cinétique en E est nulle (il s'arrête en ce point - avant de redescendre - )
. Ec(E) = 0 J
. que la variation d'énergie cinétique entre D et E est égale à la somme des travaux des forces extérieures appliquées au solide (qui est le chariot)
Ec(DE) = Ec(E) - Ec(D) = 0 - Ec(D) = WDE(P) + WDE(f)
donc
- 4 000 = (- 3 200) + (- 16 f)
Que vaut f (avec son unité, évidemment) ?
Ça fait alors f = 50 N. Enfin je pense.
Ben disons que je ne voyais pas forcément les choses comme il fallait les voir. Mais maintenant ça va, j'ai compris.
En tout cas merci énormément pour votre aide! 
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