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Exercice Skate-boarder en looping

Posté par
Tibeurz
26-12-17 à 21:35

Bonjour/Bonsoir,  j'ai un exercice pour les vacances et j'aimerais bien avoir de l'aide pour quelques questions ; désolé pour la longueur de l'exo ^^' .

Exercice:
Un skate-boarder "de l'extrême" souhaite réaliser une performance exceptionnelle : il envisage de s'élancer sans vitesse initiale depuis le haut d'une rampe à l'altitude h (point A), de se laisser glisser, puis de terminer sa course par une grande boucle (un looping) de rayon fixe b. Plus l'altitude h est petite, plus la performance sera remarquable ! Cependant le skate-boarder n'est pas téméraire : il souhaite calculer au préalable l'altitude h minimale pour être certain de ne pas "décrocher" dans le looping.
Le référentiel d'étude, dans lequel la rampe et le looping sont fixes, est supposé galiléen.
On note g l'intensité du champ de pesanteur.
1) Dans un premier temps, on s'intéresse au mouvement du skate-boarder, assimilé un point matériel de masse m, évoluant à l'intérieur d'une sphère de rayon b, le mouvement se faisant sans frottement.
a) Faire le bilan des forces appliquées au skate-boarder lorsqu'il est au point M du schéma.
b) Ecrire l'équation fondamentale de la dynamique.
Soient vM la vitesse au point M et q l'angle entre la verticale et OM (voir le schéma).
Que devient cette équation en la projetant sur les vecteurs de base de Frenet ?
Exprimer la réaction normale en fonction de vM, m, g et q.
Quelle est la condition sur cette réaction pour que le skate-boarder ne « décroche » pas ?
En déduire une condition sur vM.

2) Dans un second temps, on étudie le mouvement depuis le haut de la rampe de lancement, le mouvement se faisant toujours sans frottement.
a) Faire le bilan des forces appliquées au skate-boarder sur la rampe de lancement.
Donner les expressions des énergies potentielles pour chaque force conservative.
b) Les forces agissant entre A et M sont-elles toutes conservatives ? Justifier.
Exprimer en fonction de b, h, g et q la norme vM de la vitesse du point M.
c) En quel point du looping la vitesse est-elle la plus faible ?
Exprimer cette vitesse minimale en fonction de g, h et b.

Mes réponses:

1)a) Système : {le skate-boarder}
Le référentiel d'étude est supposé galiléen.
Bilan des forces : le poids P et la réaction normale à la grande boucle Rn.
b) D'après de le principe fondamentale de la dynamique:
\vec{P} + \vec{R}n=m*\vec{a}
Après projection sur le repère de Frenet :
Sur uT:
(sin)*P=m*(dvM/dt)
Sur uN:
(cos)*P+Rn=m*(vM2/R)

Donc on en déduit que Rn=m(vM/R - (cos)*g)

2)a) Système: {le skate-boarder}
Le référentiel terrestre est considéré galiléen.
Bilan des forces:
-le poids \vec{P}
-la réaction normale à la rampe \vec{R}h

J'espère que mes réponses sont justes sinon j'aimerais une piste pour les corriger.

Je n'y arrive pas pour les questions:

1)b) Pour "Quelle est la condition sur cette réaction pour que le skate-boarder ne « décroche » pas ?
En déduire une condition sur vM."

2)a) Donner les expressions des énergies potentielles pour chaque force conservative.
2)b) et 2)c)

Posté par
Tibeurz
re : Exercice Skate-boarder en looping 26-12-17 à 21:36

Voici le schéma de l'exo :

Exercice Skate-boarder en looping

Posté par
odbugt1
re : Exercice Skate-boarder en looping 27-12-17 à 09:04

Bonjour,

Quelques indications rapides :

a) Je pense que tu as fait des erreurs de signe dans tes projections sur la base de Frenet.

b) Il faut que RN>0 pour que le skater ne décroche pas.

c) Utiliser la conservation de l'énergie mécanique entre A et M

Et puis je ne comprends pas la question :
"Donner les expressions des énergies potentielles pour chaque force conservative."

Posté par
Tibeurz
re : Exercice Skate-boarder en looping 27-12-17 à 18:52

Bonjour, merci pour votre coup de main !
J'ai corrigé pour la question 1)b) et j'ai RN=m(vM/b + g*cos) sauf que je ne vois pas pour la condition sur vM.
Pour la question 2)a) "Donner les expressions des énergies potentielles pour chaque force conservative." Je pense que l'on doit exprimer l'énergie potentielle en fonction des forces en présence sauf erreur de ma part.

Posté par
odbugt1
re : Exercice Skate-boarder en looping 27-12-17 à 19:46

Bonsoir,
J'ai obtenu :
\large R_N=m \left(\dfrac{v_M^2}{b} + g\;cos( \theta )\right)

Pour éviter le décrochement la valeur de RN doit rester positive donc :

\large m \left(\dfrac{v_M^2}{b} + g\;cos( \theta )\right) >0

On en tire une condition sur VM

Désolé pour " les énergies potentielles " je ne vois toujours pas ce dont il est question.
La seule énergie potentielle que je vois est l'énergie potentielle de pesanteur du système {Skateur - Terre}.
On a intérêt à choisir son niveau de référence à l'altitude de l'axe Ox
Sa valeur initiale est mgh, sa valeur minimale est nulle, sa valeur maximale est 2mgb

Posté par
odbugt1
re : Exercice Skate-boarder en looping 27-12-17 à 20:42

Plus exactement :
" Sa valeur initiale est mgh, sa valeur minimale est nulle, sa valeur maximale dans la sphère est 2mgb "

Posté par
Tibeurz
re : Exercice Skate-boarder en looping 27-12-17 à 21:14

Merci de votre aide ! Ce n'est pas grave pour la question sur les énergies potentielles je vais la sauter.



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