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Exercice sur le mouvement

Posté par
Goulgou
18-11-20 à 16:51

Bonjour,
Pouvez-vous me filer un coup de main à faire cette exercice svp :
On considère un système de masse m = 1,0*10^2kg composé d'un cycliste et de son vélo. Le système, roulant à une vitesse v0=10m.s-1, freine sur une route horizontale à partir de l'instant t=0s. Il est à l'arrêt au bout de d=5,0m. On négligera l'action de l'air et on notera vecteur F la force de frottement du sol,  de norme F constante.

a) Faire le bilan des forces appliquées sur le système. Les représenter sur un schéma sans souci d'échelle.
J'ai mis en pièce-jointe ce que j'ai fait. J'ai juste une hésitation sur le fait de faire aussi le vecteur -P. Je ne sais pas si faut le représenter.

Et là je bloque :
b) A l'aide de la deuxième loi de Newton, déterminer les équations horaires de la vitesse et de la position du système, en fonction de F, m, v0 et du temps t.
C'est le brouillard dans ma tête, je ne vois pas où intervient la relation de Newton somme des forces = ma.
Peut-être remplacer somme des forces par F+mg et ma par mg ? mais j'en sais rien.

c) Donner l'expression de la date d à laquelle le système est à l'arrêt en fonction de F, m et v0.

d) En déduire l'expression de F en fonction de d, m et v0. Calculer sa valeur.


Voilà,
j'ai l'impression que le fait d'être bloqué à la deuxième question me "cristallise" un peu pour faire la suite de l'exo. J'aimerai vraiment le réussir..

Merci d'avance

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice sur le mouvement 18-11-20 à 16:55

Bonjour,

Je te conseille de lire attentivement cette fiche mise à jour pas plus tard que la semaine passée et de t'entraîner avec les applications proposées avant de revenir sur cet exercice : Statique et dynamique - Les lois de Newton

Tu confonds en effet les forces et les composantes des forces dans un repère ce qui est fâcheux.

Posté par
Goulgou
re : Exercice sur le mouvement 19-11-20 à 19:04

Bonsoir, merci beaucoup pour la fiche.
Pour la b) si j'ai bien compris ça ressemble un peu à une question de l'exo de la luge :
a(t)=F/m
v(t)= F/m + v0
x(t) = F/m + v0t^2 + x0 où t représente le temps en seconde

Par contre pour la c) je suis toujours perdu. Sur la fiche on a un exemple où on cherche la position à un instant précis mais à quoi correspond la date ? Je ne comprends pas.

Voilà, si vous pouviez m'éclairer je suis preneur. J'ai vraiment envie de comprendre cet exercice.

Cordialement (et désolé)

Posté par
Goulgou
re : Exercice sur le mouvement 19-11-20 à 19:05

En y repensant pour la position ça serait peut-être plus 1/2F/mt^2+v0t+x0.

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice sur le mouvement 19-11-20 à 19:54

Bonsoir,

Si tu as lu attentivement nos fiches de mécanique, tu as pu constater qu'un exercice de mécanique ne peut se faire sans avoir définir un référentiel d'étude, un schéma avec les forces en présence et un repère.

Peux-tu poster cela ?

Posté par
Goulgou
re : Exercice sur le mouvement 19-11-20 à 20:04

Oui désolé je pensais avoir déjà mis un schéma dans mon premier post. J'espère qu'il est bon.
Désolé si le format n'est pas super, j'ai fait ça sur docs :/

Exercice sur le mouvement

Posté par
Goulgou
re : Exercice sur le mouvement 19-11-20 à 20:11

J'ai encore essayé et je suis tombé sur v(t) = F/m *t +v0
Aussi je ne sais pas vraiment par rapport à mon repère mais vu que le système freine peut-être que je dois mettre une accélération négative ?

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice sur le mouvement 19-11-20 à 20:30

Le système est {cycliste + vélo} de masse m et de centre d'inertie G (à représenter)

Le référentiel est le sol, référentiel terrestre supposé galiléen.

Bilan des forces :
- poids du système \vec{P} = m.\vec{g}
- les forces de frottement exercées par le sol sur le système \vec{F}
- la réaction du support \vec{R} => oubliée et à représenter !
- on négligera l'action de l'air

D'après la deuxième loi de Newton,

\vec{P} + \vec{R} + \vec{F} = m . \vec{a}

On projette la relation suivant l'axe (Oy)

-m.g + R = 0

On projette la relation suivant l'axe (Ox)

- F = m.a tu as fait une erreur de signe lors de ta projection

Par définition de l'accélération : a(t) = \dfrac{d^2x}{dt^2}

avec x position du système par rapport au repère.

Alors

a(t) = \dfrac{d^2x}{dt^2} = -\dfrac{F}{m}

\Rightarrow v(t) = \dfrac{dx}{dt} = -\dfrac{F}{m}.t + A

\Rightarrow x(t) = -\dfrac{F}{m}.\dfrac{t^2}{2} + A.t + B

Avec A et B constantes d'intégration.

Il faut alors utiliser les conditions initiales pour les déterminer.

Posté par
Goulgou
re : Exercice sur le mouvement 19-11-20 à 20:31

Et du coup pour la c) si je dis pas de bêtise
Vélo à l'arrêt si vitesse nulle donc v(t) = (-F/m ) * t+ v0

Posté par
Goulgou
re : Exercice sur le mouvement 19-11-20 à 20:33

Ah je n'avais pas vu ton dernier message, un grand merci à toi. Normalement il ne me manque plus que la dernière si j'ai bon à la c.
Vraiment, merci.

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice sur le mouvement 19-11-20 à 20:35

On a posté en parallèle : cf. mon message du 19-11-20 à 20:30

Première condition initiale : à t = 0s, v(0) = v_0

donc

 v(0) = v_0 = -\dfrac{F}{m} \times 0 + A  \\  \\ \Leftrightarrow v_0 = A

On a trouve l'équation régissant la vitesse

\boxed{v(t) = -\dfrac{F}{m}.t + v_0}

Posté par
Goulgou
re : Exercice sur le mouvement 19-11-20 à 22:12

Merci beaucoup.
Est-ce que tu peux me dire si je suis bien parti pour la dernière question stp ? J'ai essayé de repartir de la réponse à la question c.
Donc j'ai :
F=((1/m) * v0) / d
Mais en appliquant le résultat final me paraît incohérent.

Posté par
Goulgou
re : Exercice sur le mouvement 19-11-20 à 22:19

J'ai remodifié un peu et je tombe sur une force de -50 Newton.

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice sur le mouvement 20-11-20 à 06:10

Est-ce que tu pourrais expliquer et justifier ce que tu fais stp ?

La physique-chimie (tout comme les maths d'ailleurs) ne consistent pas à fournir une formule magique ou un déroulé de calculs sans rédaction.

Posté par
Goulgou
re : Exercice sur le mouvement 20-11-20 à 07:24

Je repars de l'équation de la position x(t)=-F/m*t^2/2+v0.t
Ça revient à dire que F=-1/m*t^2/2+v0*t
Donc F= -1/100 * 5^2/2 + 10*5 = 50N
Mais je sais que ça coince. Ça me parait bien trop faible. Je vais essayer d'y retravailler après ma journée de cours.

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice sur le mouvement 21-11-20 à 07:08

Désolé pour le délai de réponse.

Goulgou @ 20-11-2020 à 07:24

Je repars de l'équation de la position x(t)=-F/m*t^2/2+v0.t tu n'expliques pas pourquoi ta constante d'intégration vaut B = 0
Ça revient à dire que F=-1/m*t^2/2+v0*t
Donc F= -1/100 * 5^2/2 + 10*5 = 50N pareil ici, pourquoi t = 5 s ?
Mais je sais que ça coince. Ça me parait bien trop faible. Je vais essayer d'y retravailler après ma journée de cours.

Posté par
Goulgou
re : Exercice sur le mouvement 21-11-20 à 13:28

Je ne sais pas je suis perdu...
En fait je crois qu'il me faut plus que l'expression de la date à laquelle le système est totalement à l'arrêt, il faut aussi que je le calcule non ?
Parce qu'après que je connaît la valeur de t pour l'équation de ma position.
Donc je peux tout remplacer.. Mais en effet à quoi correspond exactement la constante B ? Je sais pas trop en fin de compte elle me permet juste de remonter à mon équation horaire, le principe d'intégration je crois.

Posté par
Goulgou
re : Exercice sur le mouvement 21-11-20 à 13:30

Et oui en plus t n'est pas égale à 5 secondes, c'est la distance.
Donc s'il faut bien se servir de x(t) je dois utiliser ma distance finale ou initiale ? stp.

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice sur le mouvement 21-11-20 à 13:43

Je ne sais pas si tu as omis de recopier quelque chose de l'énoncé car il ne nous renseigne pas sur la position initiale du système.

On supposera que B = 0, le repère étant pris à la position initiale du système (ce qui n'est pas le cas sur le schéma).

Si à la distance d le système est à l'arrêt à t = t_a, alors la vitesse devient nulle :

v(t_a) = -\dfrac{F}{m}.t_a + v_0 = 0 \Leftrightarrow t_a = ?

Puis dans l'équation horaire x(t_a) = d = 5,0 ~ m

donc tu peux remplacer t_a par l'expression trouvée dans cette équation et en déduire F.

Posté par
Goulgou
re : Exercice sur le mouvement 21-11-20 à 14:18

Ah et donc v(5) = (-F/100)*5+10=0
donc (-5F/100)=-10
-F/20 = -10 et donc F = 200 N

Un immense merci pour tout le temps et la patience que tu m'as consacré.

Posté par
Goulgou
re : Exercice sur le mouvement 21-11-20 à 14:24

Juste une incompréhension qui persiste, comment peut-on dire que t=d=5,0m ?
Alors que t est en seconde d'après l'énoncé.
J'avais plus l'impression que la question juste avant, la c, a pour but de trouver la date d et du coup c'est ce d qui sert de t.

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice sur le mouvement 21-11-20 à 15:39

Citation :
Juste une incompréhension qui persiste, comment peut-on dire que t=d=5,0m ?

Je n'ai jamais écrit une chose pareille, comment une durée (en seconde) peut être égale à une distance

J'ai l'impression que tu as des difficultés avec une écriture mathématique :

v(t) : fonction exprimant la vitesse en fonction du temps

v : t dx/dt

De même x(t) est la fonction exprimant l'abscisse de la position du système au cours du temps.

Si à la distance d le système est à l'arrêt à t = t_a, alors la vitesse devient nulle :

v(t_a) = -\dfrac{F}{m}.t_a + v_0 = 0

\Leftrightarrow \dfrac{F}{m}.t_a  = v_0

\Leftrightarrow t_a = v_0 \times \dfrac{m}{F}

Et on sait que x(t_a) = d

donc on peut écrire

 -\dfrac{F}{m}.\dfrac{t_a^2}{2} + v_0.t_a = d

\Lefrigtarrow  -\dfrac{F}{m}.\dfrac{(v_0 \times \frac{m}{F})^2}{2} + v_0.(v_0 \times \dfrac{m}{F}) = d

\Leftrightarrow F = ?

Posté par
Goulgou
re : Exercice sur le mouvement 21-11-20 à 18:35

Merci beaucoup pour ton explication je m'étais emmêlé les pinceaux entre distance et temps.
Donc v(ta)=0
du coup on traduit ça dans l'équation de la vitesse pour ensuite "incorporer" ce qu'on a trouvé (d) dans l'équation de la position.

Maintenant il faut que je résolve l'équation
(-F/100)*(10*(100/F)^2^/2) + 10(10*(100/F)=5 ?
ça me parait pas super évident mais si c'est bien ça je vais trouver

Posté par
Goulgou
re : Exercice sur le mouvement 21-11-20 à 18:46

Désolé si je suis long à la détente c'est en grande partie de ma faute mais je n'ai rien dans mon cahier d'exo qui ressemble réellement à ce qu'on fait dans l'exercice. En tout cas merci.

Posté par
Goulgou
re : Exercice sur le mouvement 22-11-20 à 00:27

Je crois que c'est bon, je tombe sur F=1000N, un immense merci.

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice sur le mouvement 22-11-20 à 09:45

Bonjour,

Goulgou @ 21-11-2020 à 18:35

Merci beaucoup pour ton explication je m'étais emmêlé les pinceaux entre distance et temps.
Donc v(ta)=0
du coup on traduit ça dans l'équation de la vitesse pour ensuite "incorporer" ce qu'on a trouvé (d) dans l'équation de la position. Oui, v(ta) = 0 traduit le fait que le système est mis à l'arrêt suite au freinage) => on détermine ta puis on se concentre sur l'équation du mouvement x(ta) = d avec ta la valeur trouvée suite à la résolution de l'équation v(ta) = 0

Maintenant il faut que je résolve l'équation
(-F/100)*(10*(100/F)^2^/2) + 10(10*(100/F)=5 ? Il faut que tu fasses attention aux restitutions que tu fais sur le forum en détaillant davantage ce que tu fais, sinon on s'y perd
ça me parait pas super évident mais si c'est bien ça je vais trouver

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice sur le mouvement 22-11-20 à 09:47

Goulgou @ 21-11-2020 à 18:46

Désolé si je suis long à la détente c'est en grande partie de ma faute mais je n'ai rien dans mon cahier d'exo qui ressemble réellement à ce qu'on fait dans l'exercice. En tout cas merci.

Pas de soucis, je te conseille de regarder aussi cette fiche qu'on vient de mettre à jour : Décrire un mouvement

Goulgou @ 22-11-2020 à 00:27

Je crois que c'est bon, je tombe sur F=1000N, un immense merciAs-tu fait une vérification pour t'assurer que tu retrouves bien les conditions vérifiées par les équations ?.



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