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Etude du frottement solide

Posté par
Niakata
02-10-22 à 23:18

Bonjour, je suis actuellement en L1 de physique chimie et j'aurais bientôt mon premier TP, seul problème, les TP ont lieu avant même d'avoir fait la notion en cours, je voudrais donc savoir si vous pouvez m'aider à faire les questions préliminaires (qui sont à faire avant la séance) mais aussi le TP (m'expliquer les étapes qu'il faudra faire le jour J, comment,... En utilisant des valeurs théoriques car je sais qu'il faut normalement faire des mesures, je suis assez stressé de ne pas savoir comment faire le jour du TP...). Le TP a lieu ce mardi, donc je suppose que vous ne pourrez m'aider qu'un peu, désolé de ne pas l'avoir posté avant mais je ne l'ai eu que ce vendredi.  Si vous pouvez s'il vous plait me donner un maximum d'indications en un message s'il vous plait.

Voici le TP (je joins aussi un fichier pdf du TP afin de facilité la lecture et pour les images, même si tout est recopié) :

1) Contexte de l'expérience
Frottement sec : Lorsque deux corps sont en contact, il se produit toujours un frottement qui
dépend de la nature et de l'état physique des surfaces. À l'échelle microscopique, ce
frottement résulte des interactions électromagnétiques entre les atomes situés à proximité
l'un de l'autre sur les deux surfaces en contact, il dépend donc de la rugosité de ces surfaces.
Du point de vue macroscopique, le frottement se traduit par l'apparition d'une force qui agit
toujours pour s'opposer au mouvement relatif des deux surfaces. Cette force, parallèle aux
deux surfaces en contact, est la composante tangentielle de la réaction d'un corps sur l'autre.
Coefficient de frottement : Souvent symbolisée par la lettre grecque µ, le coefficient de
frottement est une valeur scalaire sans dimension qui décrit le rapport entre la force de
friction et la force pressante (partie normale de la réaction). Le coefficient de frottement est
une grandeur empirique : il doit être mesuré expérimentalement et ne peut pas être trouvé
par un modèle.
Dans ce TP, nous abordons uniquement l'étude macroscopique des frottements secs (par
opposition aux frottements visqueux) et nous nous limitons aux solides immobiles ou
glissants sur d'autres solides.

1.1) Force de frottement statique
Considérons un corps solide posé sur une surface plane horizontale (Figure 1). Il est soumis,
de la part du support, à une réaction dont la composante normale \vec{N} est opposée au poids \vec{P}.
Si on exerce sur lui une force horizontale \vec{F_{a}} faible, le corps reste au repos. Cette force est
donc compensée par une force qui lui est opposée : la force de frottement statique \vec{f_{s}} qui est la composante tangentielle de la réaction \vec{R}  = \vec{N} + \vec{f_{s}}  .

(image 1)
Figure n°1 : Force de frottement statique \vec{f_{s}} agissant sur un corps immobile sur lequel est
appliquée une force \vec{F_{a}} (G est le centre de gravité du corps).

Augmentons progressivement \vec{F_{a}} : lorsque cette force atteint une valeur limite qui correspond
à une force de frottement maximale \vec{F_{s,max}}, le corps se met à glisser. On observe
expérimentalement que l'intensité de cette force \vec{F_{s,max}} est, avec une bonne approximation,
proportionnelle à l'intensité de la force normale qui s'exerce entre les deux surfaces : f_{s,max} = \mu_{s}.N
où le coefficient  ainsi introduit est le coefficient de frottement statique.
Remarque : cette relation n'est pas vectorielle.

1.2) Force de frottement cinétique
La force de frottement exercée sur le solide en mouvement est appelée force de frottement
cinétique \vec{f_{c}} et son intensité est donnée par : f_{s} = \mu_{c}.N
Le coefficient de frottement cinétique ou dynamique  \mu{c} est généralement inférieur ou égal à \mu{s} car f_{c}\leq f_{s,max}
L'évolution typique de la force de frottement sec en fonction de la force appliquée sur un
solide est schématisée sur la Figure n°2. Notons que ces valeurs dépendent fortement de
l'état des surfaces, en particulier de leur propreté et de leur rugosité.

(image 2)
Figure n°2 : Représentation de la norme f de la force de frottement, en fonction de la norme
Fa de la force extérieure appliquée à un corps initialement au repos sur un plan horizontal.

Le but de la séance de TP est de déterminer expérimentalement les coefficients de frottement
statique et dynamique d'un mobile glissant sur une surface métallique. La surface du mobile
en contact avec le support est interchangeable.


2) Préparation
2.1) Solide sur un plan incliné
Le mobile M est à l'arrêt (Figure n°3) sur un plan incliné d'un angle \theta
par rapport à
l'horizontale.
Dessiner toutes les forces auxquelles il est soumis.

(image 3)
Figure n°3 : Mobile à l'arrêt sur le plan incliné

A partir de la relation fondamentale de la dynamique, montrer que le coefficient de
frottement statique ,  correspondant à la rupture de l'équilibre du mobile sur le plan incliné,
s'obtient par la relation : \mu _{s} = tan \theta _{lim}
(Equation n°1)


2.2)Solide entraîné par un moteur
Pour mesurer le coefficient de frottement cinétique \mu _{c}
, un moteur tire, à vitesse constante v,
le solide de masse M sur un plan horizontal, par l'intermédiaire d'un fil inextensible (Figure
n°4). À l'aide d'un dynamomètre, on mesure le module de la force \vec{F} nécessaire pour produire
le mouvement.
Représenter, sur la Figure n°4, toutes les forces appliquées à la masse M.

(image 4)
Figure n°4 : Mobile en mouvement à vitesse constante sur un plan horizontal

A partir de la première loi de Newton, montrer que la norme de la force F peut s'écrire : F = \mu _{c}.g.M
(Equation n°2)
Où g est l'accélération de la pesanteur.



3) Matériel
Le plan en dural (alliage à base d'aluminium) poli est monté sur pivot, donc inclinable après
avoir déverrouillé le loquet. D'un point de vue pratique, vous devez veiller à ce que la surface
du palet et celle du plan de travail soient toujours parfaitement propres (un chiffon est
disponible pour nettoyer les surfaces régulièrement). Par ailleurs, le matériel est fragile : ne
forcez pas sur les charnières et ne laissez pas tomber le palet.

(image 5)
Figure n°5 : Dispositif expérimental

Le solide qui frotte sur le plan en dural est un palet, également en dural, de masse M0 et de
surface de base circulaire, dont on peut changer la semelle. Vous disposez de trois semelles
recouvertes de différents matériaux (papier, feutrine et caoutchouc). On peut également
ajouter sur le palet quatre surcharges différentes de masses mi.
Vous disposez aussi d'une nacelle en plastique et des billes de verre qui serviront à la lester.
Enfin, pour la mesure de force, vous utiliserez le dynamomètre gradué en Newtons.

Remarque : Il va de soi que vous devez apporter le plus grand soin à vos mesures,
lesquelles seront facilement entachées d'erreurs. En effet, l'évaluation des coefficients
de frottement est délicate, car elle dépend de l'état des surfaces. Vous évaluerez
l'incertitude en réalisant plusieurs mesures. Si un résultat vous paraît aberrant,
n'hésitez pas à l'éliminer et à refaire une mesure.

A l'aide de la balance électronique, mesurer la masse M0 du palet, les masses des
semelles en papier Mp, en feutrine Mf, en caoutchouc Mc. Mesurer enfin les masses mi des surcharges et reporter les dans le tableau ci-dessous.

M0 (g)Mp (g)Mf (g)Mc (g)
m1 (g)m2 (g)m3 (g)m4 (g)



4) Mesure du coefficient de frottement statique
Dans cette première étude, le mobile M est initialement à l'arrêt et on incline très
progressivement le plan jusqu'à ce que le mobile se mette en mouvement. Le coefficient de
frottement statique \mu_{s} , correspondant à la rupture de l'équilibre du mobile sur le plan incliné,
s'obtient par l'équation n°1.
La lecture de l'angle se fait directement sur le rapporteur en veillant à ce que l'œil soit bien
face aux graduations.

Pour les 4 cas suivants, procéder de la façon suivante :
-Réaliser 5 mesures de l'angle \theta _{lim} en des endroits différents de la planche et déterminer
la valeur de \mu_{s} correspondante (\mu_{s,i}=1,5).
-Calculer la valeur moyenne de \mu_{s} (\bar{\mu})  ainsi que son incertitude \Delta \mu _{s} par l'intermédiaire de
l'expression : \Delta \mu _{s} = max (|\bar{\mu_{s}} - \mu _{s,i}|_{i=1,5})
- Proposer un encadrement de vos résultats sous la forme : \mu_{s} = (\bar{\mu_{s}} \pm \Delta \mu _{s})





4.1) Palet avec semelle en papier
\theta _{lim} (°)
\mu_{s}


4.2) Palet avec semelle en feutrine
\theta _{lim} (°)
\mu_{s}


4.3) Palet avec semelle en feutrine + surcharge
Ajouterau palet avec la semelle en feutrine, la surcharge mi la plus élevée.
\theta _{lim} (°)
\mu_{s}


Comparer cette valeur avec la valeur de \mu_{s}
obtenue précédemment sans surcharge.


4.4 Palet avec semelle en caoutchouc - Conclusion
Faire une seule mesure pour le palet avec la semelle en caoutchouc (sans surcharge)
\theta_{lim}(°)
\mu_{s}


Que peut-on dire de la valeur de \mu_{s} obtenu par rapport à celui des autres surfaces ?


5) Mesure du coefficient de frottement cinétique

5.1 Dispositif expérimental
Le coefficient de frottement cinétique \mu_{c} est déterminé en étudiant le mouvement du palet
(muni de la semelle en feutrine) sur le support horizontal.
Le dispositif expérimental est représenté sur la Figure n°6. Le palet, muni de sa semelle en
feutrine, est placé à l'extrémité de la planche. Un fil est attaché à l'arbre du moteur. On le
déroule pour lui donner suffisamment de longueur. Le fil, qui passe dans la gorge de la poulie
la plus proche, est alors relié à une extrémité du dynamomètre.
L'autre extrémité est attachée au palet. Le moteur se met en route et le fil s'enroule autour de
l'arbre lorsqu'on presse sur le bouton poussoir.

(image 6)
Figure n°6 : Dispositif expérimental - coefficient de frottement cinétique

5.2) Mesures
Pour chacune des mesures, mesurer directement la tension du fil F sur le dynamomètre
après avoir lancé le moteur et attendu que la vitesse du solide se stabilise.
Réaliser 1 mesure de F pour chaque masse totale du palet M.
Tout d'abord en utilisant le palet avec semelle en feutrine (M=M0 + Mf puis en ajoutant les
différentes surcharges tel que M = M0 + Mf + mi,(i=1,4) -> 5 mesures au total.
M (g)
F (N)


Sur le papier millimétré (disponible sur la page suivante), reporter vos points de mesure de
façon à tracer le graphique F(M).


(image 7 - Papier millimétré)

A partir de ce graphique, calculer le coefficient directeur (pente) de la droite moyenne.

En utilisant la relation n°2 et le résultat précédent, déterminer la valeur du coefficient de
frottement cinétique \mu_{c}.


Comparer les coefficients  \mu_{s} et \mu_{c}pour la feutrine puis conclure.

Merci d'avance pour votre aide.

pdf
PDF - 440 Ko

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 02-10-22 à 23:31

Ce sujet est très long. Tu aurais pu te contenter de recopier les premières lignes et de fournir le pdf.
Sinon, il faut que tu poses des questions précises sur ce qui te bloque. Tu peux compléter les schémas comme demandé, les scanner et les poster ici. On t'aidera à rectifier si nécessaire.

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 02-10-22 à 23:45

Merci beaucoup pour votre réponse, j'ai effectivement eu du mal à écrire ce sujet (avec le latex,...), j'ai lu le règlement et je pensais  que tout recopier était obligatoire... Je dois aller dormir, je me lève très tôt demain, je vous envoie ça demain en fin de matinée si ça ne vous dérange pas.

Bonne nuit à vous et merci encore.

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 15:51

Bonjour, j'ai essayé de faire le premier schéma, j'ai toujours du mal avec le bilan des forces, je ne sais jamais quelles forces il y a...

je pense qu'il y a une force normale au niveau de la surface de contact mais vers le haut ou vers le  bas ?), si j'ai bien compris la force normale est lié à la masse de l'objet ? Plus la masse est élevé et donc plus la force du poids est élevé et donc plus la force normale l'est ? J'aurais donc tendance à dire que la force normale est dirigé vers le bas ?

Je pensais qu'il y a une force de frottement statique qui ralentit le mouvement le l'objet ? Ou alors une force de frottement cinétique puisque le plan est incliné ? Mais puisque le titre de la figure est "mobile à l'arrêt", il n'y a pas de mouvement mais bien une force de frottement statique qui empêche le mobile d'etre en mouvement ?

Il y a enfin comme souvent la force de pesanteur
Est-ce que ma manière de raisonner est correcte ?
Voici mon schéma :

Etude du frottement solide

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 16:02

Tu viens de tomber dans le piège très classique...
Puisque le solide est en équilibre, la résultante des forces est le vecteur nul :
\vec P+\vec R=\vec 0
Le vecteur \vec R est l'opposé du vecteur poids, il s'agit d'un vecteur vertical orienté vers le haut.
Ce vecteur représentant l'action du plan incliné sur le solide possède deux composantes :
1° : la composante normale, noté ici \vec N, la seule qui existerait en absence de frottement mais alors le solide glisserait vers le bas !
2° : la composante tangentielle, noté ici \vec f_s, qui modélise les frottements statiques.
Je résume :

\vec P+\vec R=\vec 0
avec :

\vec R=\vec N+\vec f_s

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 16:03

Je ne sais pas comment faire pour la question juste après le schéma.

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 16:09

Merci pour votre message, je ne suis pas sur de comprendre comment je dois donc noter les forces ? je note une force R ou une N et une fs ?

Que signifie composante tangentielle ?

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 16:10

Dans le cas d'un équilibre pour un angle quelconque, commence, en utilisant mon précédent message, par exprimer les normes N et fs en fonction de m.g et de . Cela nécessite un schéma soigné où sont représentés les différents vecteurs forces.
Ensuite, utilise le résultat de cours rappelé dans le paragraphe 1.1.

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 16:17

D'accord merci, le schéma à réaliser dont vous parlez c'est celui que j'ai fait ? Et je ne comprend pas ce que j'ai mal fait pour le schéma, il y a bien Fs, N qui correspondent à R et P ?

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 17:08

Les forces de vecteurs \vec N et \vec f_s ne sont pas de normes quelconques. Elles vérifient, pour qu'il y ait équilibre du solide :

\vec N+\vec f_s =\vec R=-\vec P
Cela n'apparaît pas sur ta figure et t'empêche d'obtenir le résultat demandé.

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 17:19

Ah vous voulez donc dire que les flèches sont correctement placés mais il faut que j'ajoute ce que vous avez dit ? Donc on obtient ceci :


Ou alors je dois mettre ceci ? :

Etude du frottement solide

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 17:19

(deuxième image)

Etude du frottement solide

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 18:09

Tu es bien sûr que ta figure corresponde à  :
\vec R=-\vec P  ???
Revois au besoin ton cours de math sur les vecteurs opposés.
Tu as tracé les vecteurs un peu au hasard semble-t-il... Es-tu bien sûr que soit vérifiée l'égalité :

\vec N+\vec f_s =\vec R  ???

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 18:31

C'est comme ca qu'on trace un troisième vecteur issue de l'addition de deux autres, non  ? :

Je pense que l'on trace comme ca, je ne suis jamais sur de savoir d'où on commence à tracer le vecteur, ici j'ai tout commencé du même point, le centre du mobile, est-ce correcte ? avec les emplacements, directions et longueurs respectés ? :

Etude du frottement solide

Etude du frottement solide

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 18:31

J'ai envoyé la mauvaise image désolé, voici :

Etude du frottement solide

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 18:41

C'est déjà beaucoup mieux. Voici un schéma un peu plus précis qui, moyennant quelques connaissances en trigonométrie, devrait te permettre d'obtenir la réponse en tenant compte de mon message de 16h10.

Etude du frottement solide

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 19:06

D'accord merci, j'ai une question sur votre schéma, pourquoi avoir choisi de mettre les vecteurs fs, R et N à cette endroit précis sur votre schéma ? On aurait pas pu les mettre aux meme endroits où je les ai mis ?

Pour la question suivante, la relation fondamentale de la dynamique, c'est la seconde loi de Newton ? Somme des forces = m.a ?
Pourquoi N et fs en fonction de mg ?
On utilise P=mg ? On utilise le fait que R=-P ?

Je ne suis pas sur de savoir...

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 19:47

Ou alors je suppose qu'il faut utiliser des sin cos pour arriver à tan en utilisant un ou plusieurs triangles rectangles du schéma mais lesquels ?

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 20:38

Le triangle rectangle utile est dessiné sur mon schéma. J'ai même précisé l'angle .
Difficile de faire plus à moins de te fournir directement la réponse !

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 20:51

Ah, je n'avais pas vu désolé. Je n'ai cependant jamais utilisé cos et sin dans ce genre de cas et donc dans ce cas je ne sais pas comment les utiliser ? Auriez vous un exemple s'il vous plait ?

Et pourquoi l'angle s'appelle teta ? il est égal à l'autre angle teta ? Comment est-ce possible ?

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 21:05

Est-ce qu'on a ceci ? : comme fs est parallèle au plan incliné, on a fs . sin(teta) et comme N est perpendiculaire, on a N . cos(teta) ?

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 21:49

Et on remplace fs et N par mg ? (mais pourquoi si c'est le cas) : fsmax= mus . N

mus= fsmax/N

= mg.sinteta/mg.costeta
=tan tetalim (lim car fsmax ?)

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 23:41

Dans le cas d'un équilibre pour un angle quelconque :

f_{s}=m.g.\sin\left(\theta\right)\quad;\quad N=m.g.\cos\left(\theta\right)

Ce qui conduit à :

f_{s}=N.\tan\left(\theta\right)

L'expérience montre que l'équilibre n'est possible que pour \theta<\theta_{lim} :
La fonction tangente est monotone croissante pour compris entre zéro et /2 :

f_{s}<N.\tan\left(\theta_{lim}\right)

On pose :

\mu_{s}=\tan\left(\theta_{lim}\right)

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 03-10-22 à 23:52

D'accord merci. pour le schéma suivant, je pense qu'il ne faut pas mettre fs car c'est en mouvement ? Donc R et N sont confondues ? La force qui fait tirer le mobile est bien Fa ?

Voici ce que j'ai fait :

Etude du frottement solide

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 04-10-22 à 01:09

Je crois finalement, qu'il faut ajouter la force de frottement :

Etude du frottement solide

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 04-10-22 à 13:37

Force de frottement en cas de glissement est la force de frottement cinétique notée fc.
Ta dernière figure représente correctement les directions et les sens des vecteurs forces. Le solide étant en translation rectiligne uniforme, l'accélération du centre G est le vecteur nul. La résultante des forces appliquées au solide est donc le vecteur nul. En projetant :
N=mg
fc=Fa

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 04-10-22 à 14:25

D'accord merci donc mon schéma est complet ?

Juste pour mieux comprendre, pourquoi N=mg ? Sachant que le vecteur P est vers le bas et que P=mg et N étant dans le sens inverse, ca ne devrait pas être N=-mg ?

Pourquoi fc=Fa alors qu'ils sont de sens opposés ?

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 04-10-22 à 14:31

J'aurais dû le préciser plus tôt : pour moi, la lettre N désigne la norme du vecteur \vec N. Idem pour les autres vecteurs.

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 04-10-22 à 14:41

D'accord merci, et est-ce que le vecteur R est la résultante des forces ? Car sur mon schéma R n'est pas nul ? Parce que ce n'est pas la résultante de toute les forces ? Et comment projetez-vous pour obtenir N=mg ?

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 04-10-22 à 15:02

Depuis le début, \vec R désigne l'action du plan sur le solide , action qu'il est intéressant de décomposer en une action normale et une action tangentielle.
\vec R, dans ce sujet, n'a jamais été la résultante de toutes les forces car la résultantes de toutes les forces est le vecteur nul.

\overrightarrow{R}+\overrightarrow{P}+\overrightarrow{F_{a}}=M.\overrightarrow{a_{G}}=\overrightarrow{0}

avec : \overrightarrow{R}=\overrightarrow{N}+\overrightarrow{f_{c}}
 \\
On peut donc écrire :

\overrightarrow{N}+\overrightarrow{f_{c}}+\overrightarrow{P}+\overrightarrow{F_{a}}=M.\overrightarrow{a_{G}}=\overrightarrow{0}

C'est en projetant cette dernière relation sur deux axes qu'on obtient les relations entre les normes fournies à 13h37.

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 04-10-22 à 15:35

D'accord merci ! Pour la question suivante, je ne suis pas sur de savoir comment faire...
On sait que N=mg, que f_{c}=\mu_{c}.N

f_{c}=\mu_{c}.mg

Et fc = Fa mais pas égal à F ?

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 04-10-22 à 17:52

La force de traction exercée par le fil sur le solide de masse M est, dans ton document, tantôt notée \vec Fa, tantôt notée \vec F. J'ai utilisé la notation de ton schéma mais la force F utilisée sur le document  au niveau de l'équation est la même chose que Fa. Il s'agit tout simplement de l'indication du dynamomètre. Tu vois l'intérêt du dispositif :
La connaissance de M permet d'obtenir :
N=M.g
La lecture du dynamomètre permet de connaître
fc=F (ou Fa : c'est la même chose)
Tu pourras donc calculer le rapport fc/N et vérifier que, aux incertitudes de mesures près, il s'agit d'une constante noté ici : µc.

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 06-10-22 à 16:41

D'accord merci ! Je ne suis pas sur de comprendre ce que je devrais faire dans la partie 4 : "Réaliser 5 mesures de l'angle tetalim en des endroits différents de la planche et déterminer la valeur de mus correspondante

Mais à quels endroits de la planche exactement ? et que signifie \mu_{s,i=1,5} ?

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 06-10-22 à 18:09

Pour la méthode de mesure : le solide étant posé et immobile sur le plan, tu inclines très lentement ce plan de façon ) augmenter  très lentement .
lim est la valeur limite de au delà de laquelle le solide se met à glisser vers le bas. Tu obtiens ainsi une mesure du coefficient de frottement statique :
µs=tan(lim)

Citation :
\mu_{s,i=1,5} ?

Ce coefficient n'est pas défini dans le document. Je ne peux pas deviner ! Sans doute cette notation est-elle définie dans ton cours, à propos des incertitudes sur les mesures probablement...

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 06-10-22 à 19:42

Oui mais on doit faire 5 mesures différentes à chaque fois et il est écrit "en des endroits différents de la planche", est-ce que ca signifie qu'au lieu de placer le palet à l'une des extrémités de la planche, je la place au milieu ?

Oui, je ne sais pas à quoi cela correspond, je ne sais pas si ce 1,5 est vraiment utile pour la résolution de l'exercice...

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 06-10-22 à 19:59

Le coefficient de frottement dépend de la nature des solides en contact mais aussi de leurs états de surface (plus ou moins rugueux, plus ou moins usés par les utilisateurs précédents du matériel...). La valeur de ce coefficient peut donc varier légèrement en fonction de l'endroit où est posé le solide. D'où l'intérêt de faire des mesures en des endroits différents puis de faire une moyenne.
Pour la signification de µi : tu n'as pas la possibilité de poser la question à ton professeur ou à l'auteur du document ?

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 06-10-22 à 20:28

D'accord merci, oui c'est ce que je compte faire... (j'aurai une réponse la semaine prochaine sans doute)

Et pour la partie 4 : Il faut calculer la moyenne noté mubarre puis l'incertitude (mais que signifie max dans la formule ? Et reste aussi à savoir ce qu'est mus,i=1,5 sinon je ne peux pas calculer l'incertitude)
-Pour ce qui est de encadrement, le nombre de chiffres significatifs est important et un mauvais nombre rendrait la valeur fausse ?

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 06-10-22 à 22:24

Réflexion faite, je pense que l'indice "i" désigne tout simplement le numéro de la mesure, i variant de 1 à 5.
La valeur retenue pour µs est la valeur moyenne des cinq mesures :

\overline{\mu_{s}}=\frac{1}{5}\cdot\sum_{i=1}^{5}\mu_{s,i}
On retient comme incertitude absolue s, le plus grand écart, par excès ou par défaut, entre la valeur moyenne et les mesures.
On arrondit la valeur moyenne en tenant compte de l'incertitude absolue. Si tu as des hésitations là-dessus, tu pourras fournir ton tableau de mesures et je t'aiderai.

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 06-10-22 à 22:40

Ah d'accord merci

Je ne suis pas sur de comprendre, donc pour l'incertitude, on fait le calcul 5 fois en remplaçant \mu_{s,i} par les 5  \mu_{s} et on gardera le résultat parmi les 5 qui sera le plus grand ?

Je n'ai malheureusement pas de valeurs à vous donner, le tp ayant été retardé. Auriez-vous un exemple à donner s'il vous plait?

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 06-10-22 à 23:15

Tu t'intéresses à la mesure qui fournit le plus grand écart avec la valeur moyenne, par excès ou par défaut. Il peut s'agir de la plus grande mesure mais il peut aussi s'agir de la plus petite.
Exemple de cinq valeurs prises totalement au hasard :
0,256 ; 0,248 ; 0,261 ; 0,235 ; 0,253
Valeur moyenne :
(0,256+0,248+0,261+0,235+0,253)/5=0,2506
La plus grande valeur présente un écart par excès de 0,0104 alors que la plus petite valeur présente un écart par défaut de 0,0156. On retient l'écart le plus élevé des deux en arrondissant à un seul chiffre significatif : µs=0,02
L'incertitude absolue fait intervenir le deuxième chiffre après la virgule, ce qui conduit à arrondir la valeur moyenne au deuxième chiffre après la virgule. Résultat :
µs=0,250,02

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 07-10-22 à 00:14

Ah je comprend mieux, merci.

Pour ce qui est de ces deux questions, qu'est-ce que l'on attend comme type de réponse ?

Comparer cette valeur avec la valeur de \mu_{s} obtenue précédemment sans surcharge.

Simplement dire que la valeur est supérieur ou inférieur me parait bien trop peu.  Peut-être donner un pourcentage pour montrer l'écart entre les deux valeurs ?

Que peut-on dire de la valeur de mu_{s} obtenu par rapport à celui des autres surfaces ?

Pour cette question, je ne sais pas trop quoi dire à part que la valeur est plus grande/plus petite...

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 07-10-22 à 11:14

La valeur de s est toujours un peu supérieure à celle de c. L'écart relatif dépend de la nature des surfaces en contact maïs est souvent de l'ordre de 10%. Cet assez faible écart relatif conduit parfois pour simplifier, à poser dans les problèmes : cs.
Je t'ai déjà expliqué que ces deux coefficients dépendent de la nature des surfaces mais surtout de leur état plus ou moins lisse,plus ou moins rugueux. On utilise le caoutchouc pour faire les pneus...

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 07-10-22 à 14:47

Mais on ne demande pas de comparer \mu_{s} et \mu_{c} mais \mu_{s} feutrine sans surcharge à \mu_{s} feutrine avec surcharge et je ne vois pas trop quel type de réponse je devrais donner. Si il faut faire une phrase ou des calculs.

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 07-10-22 à 15:38

Le dernier paragraphe de mon message précédent répond à ta question. Les deux coefficients dépendent des états de surface essentiellement. Tu devrais donc obtenir des valeurs très proches avec et sans surcharge. L'écart relatif  éventuel ne devrait pas dépasser l'incertitude relative.

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 09-10-22 à 03:21

Ah d'accord merci, ca me parait juste un peu simple comme réponse à ces deux questions.

Concernant les 3 dernières question :
Pour le graphique F(M) signifie que F en y et M en x ?

A partir de ce graphique, calculer le coefficient directeur (pente) de la droite moyenne.

Je calcule, admettons que j'obtienne 0,65, l'équation de la droite est y=0,65x-2 (avec -2 ordonné à l'origine). Est-ce que je peux mettre ca sur la copie ou non étant donné qu'il s'agit d'une écriture mathématiques et non physique ? On aurait donc plutot F=0,65M-2 ?

En utilisant la relation n°2 et le résultat précédent, déterminer la valeur du coefficient de
frottement cinétique.

F=\mu_{c}.M.g
\mu_{c}=F/(M.g)
\mu_{c}=0,65M-2/(M.g)
Et là je bloque

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 09-10-22 à 13:54

Attention à ne pas mélanger dans les calculs valeurs littérales et valeurs numériques : tu perds tout contrôle sur l'homogénéité des formules.
Sinon : l'essentiel a été écrit dans mon message du 04-10-22 à 17:52. Je résume : la projection de la relation fondamentale de la dynamique sur deux axes, un horizontal, l'autre vertical conduit à :
N=M.g
F=µc.N
Donc :
F=µc.M.g
Si, dans un repère, tu places les points expérimentaux de coordonnées (M,F), tu dois logiquement obtenir des points sensiblement alignés avec l'origine. Tu peux alors tracer la droite moyenne passant par l'origine et déterminer son équation qui sera de la forme :
F=A.M (et pas F=A.M+B)
où A est le coefficient directeur de la droite moyenne. Le coefficient moyen de frottement se calcule facilement ensuite :
A=µc.g

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 09-10-22 à 14:48

Ah oui merci ! Et comme on connaît la valeur de la pesanteur (9,8 )…

Et pour la dernière question que dois-je faire pour comparer ? Et « conclure » c'est une conclusion à quoi ? De l'ensemble du TP ?

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 09-10-22 à 15:51

J'avais apporté déjà quelques indications concernant la dernière question dans mon message du 07-10-22 à 11:14.

Posté par
Niakata
re : Etude du frottement solide 09-10-22 à 22:07

D'accord merci donc je ferais un écart relatif pour montrer que le coefficient de frottement statique est peu supérieure au frottement cinétique. Et je conclurai en disant que le coefficient de frottement cinétique et statique sont presque égaux et dépendent des surfaces ?

Posté par
vanoise
re : Etude du frottement solide 09-10-22 à 23:04

Ce serait déjà pas mal ! D'autres idées te viendront sans doute en effectuant les manipulations. Il n'est pas toujours facile de conseiller quelqu'un sur un T.P. sans connaître le matériel à disposition.

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