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Enfant, toboggan : energie cinetique
Bonjour,
Je suis bloquée sur un exercice de sciences physique. Pouvez vous m'aider ?
L'énoncé est le suivant :
Un enfant, de masse 17 kg, descend sur un toboggan supposé rectiligne et incliné d'un angle de 45° par rapport à l'horizontale. Le point de départ est situé à 3.0 m au-dessus du sol. On adopte pour l'intensité de la pesanteur g = 10 N.kg-1.
Je suis bloquée à la question 3 de mon exercice et par conséquent la question 4 aussi ..
Voici les questions :
3. En fait, l'enfant atteint le sol avec une vitesse de 2.0 m.s-1. Calculer le travail des forces de frottement durant la descente.
4. Si l'on admet que la résultante des forces de frottements est constante, calculer sa valeur et la comparer au poids de l'enfant.
Bonjour,
Pourrais-tu indiquer les deux premières questions et tes réponses à ces deux premières questions ?
Voici les deux premières questions :
1. Répertorier les forces appliquées à l'enfant considéré comme un solide.
2. Calculer l'énergie cinétique, puis la vitesse qu'atteindrait l'enfant si les forces de frottements étaient négligeables. Commenter ce résultat.
Pour la question 1 :
Les forces appliquées à l'enfant sont :
- Son poids P
- La réaction R du toboggan
Le système = {l'enfant}
Pour la question 2 :
Ec B - Ec A = 
A
B W(Fext)
Ec B - Ec A = WAB(P) + WAB (R)
Ec B - Ec A = mgh + 0
WAB (R)= 0 car R est perdendiculaire au déplacement
WAB(P)= mgh
Ec(B) = mgh Ec(A) = 0
Ec(B) = 17 x 10 x 3
= 5.1 x 102 J
Ec(B) = 1/2 mvB2
vB2 = ( 2 x Ec(B) ) / m
vB = 
( 2 
5.1102)/ 17
vB = 7.7 m.s-1
Je tiens à vous dire que c'est deux questions ont été corrigées avec mon professeur et nous nous sommes arrêtez à la question 3 et l'exercice est à finir durant les vacances.
Je n'ai rien à redire à cette correction... 
Quelle est l'énergie cinétique de l'enfant quand il arrive avec une vitesse de 2,0 m.s-1 ?
Alors,
Ec = 1/2mv2
donc l'énergie cinétique de l'enfant est de :
Ec = 1/2172
Ec = 17 J
C'est ça ? :S
Très bien !
Si les forces de frottement étaient négligeables (question 2) l'énergie cinétique à l'arrivée serait de 510 joules ; or elle n'est que de 34 joules
Au passage, cette énergie cinétique de 510 joules correspond pour un enfant de 17 kg à une vitesse de 7,7 m.s-1 soit près de 28 km.h-1. Commentaire : voilà une vitesse bien dangereuse pour un enfant (et même pour un adulte d'ailleurs ! )
Il me semble que tu peux maintenant trouver sans aucune difficulté le travail des forces de frottement. D'accord ?
Je dois avoir un problème avec la physique .. J'ai mes cours devant moi et pourtant je reste toujours bloquée ..
Le travail des force de frottement c'est bien W(f) ?? :S
Donc l'équation W(f)= .. et c'est ici que je bloque car dans mon cours j'ai pour toutes forces F :
W(F) = FABcos
AB étant la distance parcourue par l'objet.
Donc
Ah non c'est bon si j'ai bien compris :
W(f) = fABcos
34 = f3cos(0)
f = (31)/34
f = 0.0882 N
Je trouve que c'est pas beaucoup .. Je crois que je me suis trompée 
Veux-tu mon avis ? Le grand problème que je constate en vous aidant ici est que vous croyez que la physique est une question de formules et un peu de mathématiques appliquées. Ce n'est vraiment pas cela.
_______________
Peux-tu recopier le théorème de l'énergie cinétique ? Surtout pas la "formule" qui ne m'intéresse pas, mais le théorème : des mots assemblés en une ou deux phrases. Comprends-tu ces mots et ces phrases ? Je sais bien que c'est difficile au début et que c'est justement en faisant beaucoup d'exercices (et de travaux pratiques si possible) que l'on entre progressivement dans la compréhension (jamais terminée) de tout cela.
Le théorème est celui-ci :
Dans un référentiel galiléen la variation de l'énergie cinétique d'un solide entre deux positions A et B, est égale à la somme des travaux de toutes les forces extérieures agissant sur le solide entre ces deux positions.
Parfait !
Au départ, la vitesse de l'enfant est nulle ; et donc aussi son énergie cinétique.
A l'arrivée en bas du toboggan son énergie cinétique vaut 34 joules (ta réponse de 19 h 17 hier)
Donc, la variation d'énergie cinétique vaut... 34 joules !
Quelles sont les deux forces qui travaillent pendant la descente de l'enfant le long du plan incliné ?
Oui, la force de frottement travaille, puisque c'est une force colinéaire (mais de sens opposé) au déplacement.
Non, la réaction normale du support ne travaille pas puisqu'elle est à tout instant perpendiculaire au déplacement.
Quelle est donc l'autre force qui travaille ?
On peut faire ainsi ; mais il faut savoir calculer AB (ce qui n'est pas difficile)
On pouvait aussi utiliser la différence de hauteur entre le départ et l'arrivée.
________________
Continuons comme tu as commencé.
AB est l'hypoténuse d'un triangle rectangle dont tu connais un côté (la hauteur h = 3 m) et l'angle entre l'hypoténuse et ce côté. Donc il est facile avec la trigonométrie d'en déduire la valeur de AB
Ah oui !!
Alors
AB² = AC² + BC²
AB² = 3² + ( cos(45)²)
AB² = 9 + 0.5
AB² = 9.5
AB = 9.5
AB 
3.08 m
C'est ça ?
Pas du tout !
AC = 3 m
Que vaut la diagonale d'un carré (AB) dont on connait la longueur d'un côté (AC = CB) ? ?
Mais si...
C'est aussi 3 / cos(45°) pour ton information... (en vue de simplification dans la relation écrite dans le message de 11 h 09)
Quelle est l'unité pour un travail ? Ce n'est pas le newton qui est l'unité des forces...
Et pourquoi faire simple quand on peut faire compliqué, n'est-ce pas ?
Le travail du poids d'une masse m qui descend d'une hauteur h vaut W = m.g.h
Application numérique : W = 17 10 3 = 510 J
_____________
Tu n'as pas vu la simplification ?
W = F AB cos() = F [ AC / cos() ] cos() = F AC = m g h
puisque AC = h
Alors, c'est le moment de retourner voir le théorème de l'énergie cinétique (ton message d'avant-hier à 17 h 16)
Tu connais la variation de l'énergie cinétique,
tu connais le travail de l'une des forces extérieures, le poids
il semble facile d'en déduire le travail de l'autre force extérieure.
Je sais seulement que la variation de l'énergie cinétique est constante mais je ne connais pas sa valeur !
Une variation... constante...
C'est quoi cela ?
_____________
Relis l'énoncé et tout ce que tu as déjà fait. Toutes les réponses sont là.
Ah oui c'est vrai elle vaut 34 J
W(f) + W(P) + Ec = 0
W(f) = - W(P) - Ec
W(f) = 510 - 34
W(f) = 554 J
C'est sa non ?
Dans un référentiel galiléen la variation de l'énergie cinétique d'un solide entre deux positions A et B, est égale à la somme des travaux de toutes les forces extérieures agissant sur le solide entre ces deux positions.
Ec = variation d'énergie cinétique = énergie cinétique finale - énergie cinétique initiale = 34 - 0 = 34 J
Travail du poids = W(P) = 510 J
Travail des forces de frottement = W(f) = ... ?
Erreur de signe. Le travail des forces de frottement est un travail résistant. Il suffisait de bien résoudre l'équation :
Ec = W(P) + W(f)
W(f) = Ec - W(P)
W(f) = 34 - 510
W(f) = - 476 J
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