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Niveau seconde
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Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec déclivité?)

Posté par vanja (invité) 15-08-07 à 18:56

Bonjour à tout le monde!Voilà je suis entrain de faire un exercice ou plutot devrais-je dire "entrain d'essayer" de le faire...J'ai bien sur dèjà cherché dans le forum mais malheureusement il ne se trouve nulpart alors je me demandais si vous pourriez m'aider à le comprendre... Merci beaucoup
Voilà l'énoncé :
Une  voiture de 1600kg se trouve au sommet d'une côte de 10% de déclivité.Le démarreur est en panne.Le conducteur laisse alors descendre la voiture librement;seul un frottement égal à 5% du poids freine la progression.Le compteur indique une vitesse de 22km/h au bas de la pente.

a)Quelle est alors la distance parcourue?

b)A ce moment,la route redevient horizontal.Le conducteur débraie ce qui ramène la vitesse à 10,8km/h.Calculez la perte d'énergie cinétique qui résulte de l'opération.

c)Le conducteur,qui est un bon physicien,imagine que cette énergie cinétique perdue peut etre récupérée comme travail utile à la mise en route du moteur.Calculez la force exercée sur le moteur si la variation de vitesse s'est réalisée sur une distance de 8m.

Ce qui me gène dèjà au début de l'exercice c'est que je ne sais pas que répresente les 10% de déclivité C'est la premiere fois que je fais un exercice avec...

Posté par
Coll Moderateur
re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 15-08-07 à 19:07

Re - bonjour

On continue...

10 % de déclivité signifie que pour une distance sur la route de 100 m la différence d'altitude est de 10 m
Si est l'angle de la route avec l'horizontale, alors sin() = 0,10

Posté par vanja (invité)re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 15-08-07 à 19:13

Re-bonjour Coll, "On continue... " sauf que moi j'ai pas encore arreté...J'ai l'impression que ma tete devient plus grande chaque minute
Donc,à partir de ces 10% de déclivité on peut trouver un angle qui est égale à 0,1...C'est bien ca que j'ai compris...

Posté par vanja (invité)re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 15-08-07 à 19:14

je veux dire sin;=0,1

Posté par
Coll Moderateur
re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 15-08-07 à 19:19

Tu as bien compris. Tu n'as même pas besoin de calculer (avec ta calculette) l'angle (il vaut environ 5,74°) : tu vas avoir besoin seulement de te servir du sinus de l'angle et sin() = 0,1

1) Fais un dessin
2) Fais un bilan des forces
3) Ecris la relation fondamentale de la dynamique (résultante de toutes les forces = masse * accélération)
4) Calcule l'accélération
5) Deduis-en la distance parcourue

Courage ! Mais je comprends qu'à ce rythme tu puisses saturer. Dans ce cas : un grand bol d'air (s'il fait aussi mauvais en Belgique qu'en région parisienne, c'est pas drôle...) et demain les idées seront plus claires

Posté par vanja (invité)re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 15-08-07 à 19:23

Oui vous avez raison...Merci et comme d'habitude je reviendrais si je trouve une reponse comme il faut...

Posté par
Coll Moderateur
re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 15-08-07 à 19:28

Une autre manière de faire (certainement plus élégante) :

1) Fais un dessin
2) Fais un bilan des forces : quelle est la "force motrice" ?
3) Calcule l'énergie cinétique au bas de la pente
4) Ecris que cette énergie cinétique est la conséquence du travail sur la distance cherchée de la force motrice déterminée en 2
5) Deduis-en la distance parcourue

Fais selon la méthode que tu préfères et je te le ferai selon celle que tu n'auras pas choisie

Posté par vanja (invité)re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 15-08-07 à 19:31

ok je vais essayer avec cette deuxieme methode

Posté par vanja (invité)re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 15-08-07 à 20:15

ehm...J'essaye avec votre deuxieme methode et je suis certaine que ca devrait marcher mais je ne trouve pas la bonne reponse pour l'energie cinétique :/ C'est vraiment dur...(l'exercice comporte deux étoiles )Voilà je vais vous ecrire les reponses ainsi vous pouvez verifier si ce que vous avez trouver est juste
a)37,3m
b)22676,5J
c)2834,5N
Quant à moi je vais chercher encore... Je pense que ca va me prendre encore quelques heures hehe...

Posté par vanja (invité)re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 15-08-07 à 20:37

Une question ;en effet,lorsque je calcule l'energie cinétique Ek=mv²/2 , j'ai deux vitesses :
- la premiere(au bas de la pente):
22km/h ===>6,11m/s
- la deuxième(lorsque le conducteur débraie):
10,8km/h ===>3m/s
Donc,selon moi je ferais :
v1-v2 ===>v=6,11-3=3,11m/s
et comme j'ai la masse m=1600kg il suffit de faire Ek=1600.(3,11)²/2=7737,68J
Mais comme vous voyez ce n'est pas une reponse correcte :/ J'ai meme essayer d'aditioner les deux vitesse : ca n'a pas marché non plus alors pour l'instant je suis sans idée....

Posté par vanja (invité)re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 15-08-07 à 20:40

Mais bon j'arrete là pour aujourd'hui...Et Merci Coll!

Posté par
Coll Moderateur
re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 15-08-07 à 20:54

Tu calcules (v1 - v2)2

Or il faut calculer v12 - v22 et ce n'est pas la même chose

Posté par vanja (invité)re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 15-08-07 à 21:02

Ohhhhhhh mais oui, Merci Coll!

Posté par vanja (invité)re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 15-08-07 à 21:02

Je vais le faire toute de suite...

Posté par
Coll Moderateur
re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 15-08-07 à 21:07

Un dessin pour le bilan des forces et la recherche de la force motrice :

Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv

Je n'ai pas respecté l'angle de façon à voir plus clair.
Le point O : l'automobile...
En rouge pointillé : le poids \vec{P} force verticale, dirigée vers le bas

pourquoi en pointillé ? Parce qu'il est beaucoup plus facile de travailler avec deux composantes du poids :
. une composante \vec{P_x} qui est parallèle au déplacement, donc composante sur un axe parallèle au sol de la route et orienté positivement dans le sens du déplacement, donc vers le bas
. une composante \vec{P_y} qui est perpendiculaire au déplacement, donc composante sur un axe perpendiculaire au sol, axe orienté positivement vers le haut ; cette composante ne nous intéresse pas

En vert : la réaction \vec{R} du sol (troisième loi de Newton) : puisque la voiture ne s'enfonce pas dans le sol malgré la force \vec{P_y} c'est que le sol lui oppose une force égale et de sens opposé : c'est la force \vec{R}

En bleu : la force qui représente les frottements \vec{F_f} : elle est toujours opposée au vecteur vitesse, donc ici elle est parallèle au sol mais orientée vers le haut puisque la voiture descend.

Faire la somme des trois forces \vec{P}, \vec{R} et \vec{F_f} revient donc à faire la somme des quatre forces \vec{P_x}, \vec{P_y}, \vec{R} et \vec{F_f}

Comme on sait que \vec{P_y} + \vec{R} = \vec{0}

il reste à faire la somme de \vec{P_x} et de \vec{F_f} ce qui n'est pas difficile sur l'axe parallèle à la route ...

Posté par vanja (invité)re : Exercice de Physique,Puissance,Travail,Energie (avec décliv 15-08-07 à 21:12

Super ce dessin!!!! Merci beaucoup pour ton aide aujourd'hui. Je comprends beaucoup mieux grâce à toi

Posté par
Coll Moderateur
re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 16-08-07 à 07:54

On continue avec la méthode indiquée à 19 h 28 :

1) Un dessin est fait
2) La force motrice vaut ||\vec{P_x}||\,-\,||\vec{F_f}|| ; que vaut la composante Px ? ; quelle est l'intensité de Ff ? ; que vaut la force motrice
3) Les transferts d'énergie :
Au sommet de la pente, la vitesse est nulle, l'énergie cinétique est nulle
Au bas de la pente, la vitesse vaut 6,11 m.s-1, l'énergie cinétique vaut ... joules

Théorème de l'énergie cinétique : la variation de l'énergie cinétique du solide est égale à la somme algébrique des travaux des forces extérieures qui lui sont appliquées.

4) Tu connais la force motrice, elle travaille sur la distance d cherchée et est la cause de l'augmentation de l'énergie cinétique du véhicule.

5) D'où d = ... mètres

Deuxième question :
Après avoir embrayé à l'arrivée au bas de la pente, une nouvelle force (susceptible de mettre en marche le moteur) apparaît.
8 mètres après le bas de la pente la vitesse n'est plus que de 3 m.s-1
Quelle est la nouvelle énergie cinétique ?
Quelle est la perte d'énergie cinétique ?

Troisième question :
Cette perte d'énergie cinétique est due au travail des forces résistantes. Lesquelles ? Ce travail s'effectuant sur 8 mètres quelle est la résultante des forces résistantes ?
La valeur donnée par ton corrigé à cette dernière question est discutable ; pour être aussi catégorique que ton livre il faudrait savoir quelle est l'origine des forces de frottement mentionnées à la première question.

Posté par
Coll Moderateur
re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 16-08-07 à 08:18

Et pour chipoter un peu...

Les définitions de mon dictionnaire :

Débrayer : Manœuvrer la pédale de débrayage de façon à supprimer la liaison entre l'arbre et le moteur qui l'entraîne.
Embrayer : Transmettre le mouvement du moteur aux roues motrices par l'intermédiaire de la pédale d'embrayage.

Je dirais qu'au sommet de la pente le conducteur débraye pour descendre "en roue libre" et ainsi acquérir le plus d'énergie cinétique possible.
Au bas de la pente il embraye pour transmettre le mouvement des roues motrices au moteur et utiliser ainsi de l'énergie cinétique en vue de "mettre en route son moteur"...

Posté par
J-P
re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 16-08-07 à 08:46

a)

Composante du poids parallèle à la route (sens de la descente) = 1600 * g * 0,1 = 1600 N (avec g = 10 kg/N)

Résultante des forces parallèles à la route (sens de la descente) = 1600 - 0,05*1600*g = 800 N

F = ma
800 = 1600*a
a = 0,5 m/s²

v = at
22 km/h = 6,11 m/s
6,11 = 0,5*t
t = 12,22 s (durée de la descente)
e = at²/2
e = 0,5*12,22²/2
e = 37,3 m
-----
b)
E cinétique avant embrayage (confusion dans l'énoncé) = (1/2).mv² = (1/2)*1600*(22/3,6)² = 29876,5 J
E cinétique après embrayage = (1/2)*1600*(10,8/3,6)² = 7200 J

Perte d'énergie résultant de l'opération = 29876,5 - 7200 = 22676,5 J
-----
c)
E = F*d
22676,5 = F*8
F = 2834,6 N
-----
Sauf distraction.  

Posté par vanja (invité)re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 16-08-07 à 10:53

Merci énormement à tous/toutes? les deux!Merci Coll d'avoir resté si longtempts à faire cet exercice avec moi Grace à ce que tu m'avais envoyé hier soir j'ai trouvé les bonnes réponses mais il était trooooop tard pour que je les poste hehe...Et bien sur à J-P pour son développemment
...Et pour l'instant c'est fini avec ce chapitre,je passe au suivant donc vous entendrez ( peut-etre )un peu plus tard de moi...

Posté par
Coll Moderateur
re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 16-08-07 à 11:30

C'est tous les deux
________________

Je te donne ici l'autre solution pour la première question :
L'énergie cinétique passe de Ec1 = 0 J au sommet de la pente à Ec2 = 29 876 J au bas de la pente.
La force qui a travaillé vaut
Fm = Px - Ff = m.g.sin() - K.m.g
Fm = 1 600 * 10 * 0,1 - 0,05 * 1 600 * 10 = 800 N

La distance dont s'est déplacé le point d'application de cette force est donc
d = (Ec2 - Ec1) / F = 29 876 / 800 = 37,3 m
________________

Comme je l'écrivais à 7 h 54 on peut discuter le résultat de la troisième question.
Que deviennent les frottements (800 N) quand la voiture roule sur le plat ?
S'ils restent inchangés et que le conducteur n'embraye pas, alors la voiture pourra parcourir avant de s'arrêter (vitesse nulle et à nouveau énergie cinétique nulle) une distance de 37,3 mètres
S'ils restent inchangés, sont indépendants de l'état débrayé/embrayé alors la force calculée (2 835 N) est la somme de ces forces de frottement (800 N) et de la "force exercée sur le moteur" soit
2 835 - 800 = 2 035 N
________________

Pour ma part, je t'en prie
A une prochaine fois !

Posté par vanja (invité)re : Exercice de Physique Puissance,Travail,Energie (avec décliv 16-08-07 à 11:37

Alors meri à "tous les deux".On ne sais jamais avec ces prénoms...Moi par exemple : "Vanja"c'est un nom de garcon et pourtant je suis une fille...
A la prochaine



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