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Niveau maths spé
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force de frottement solide en repère non galiléen.

Posté par
21centurygirl
26-12-11 à 20:30

Bonsoir à tous.

J'aurais besoin de votre aide pour l'exo de mécanique suivant :

Une perle de masse m se déplace sur une tige en rotation autour d'un axe Oz (la vitesse angulaire est )
On note r=OP le vecteur position à l'instant t.
Dans un premier temps on nous demande d'établir l'équation différentielle en r du mouvement.

On obtient en projetant sur er le poid et la force d'inertie d'entraînement :
dérivée seconde de r - ²r = 0

Jusque là ça va
Mon probleme se présente dans la suite lorsque l'on considère une force de frottement solide. Celle ci s'exprime de cette façon : f=-mg
On demande à nouveau de déterminer l'équation différentielle. Le corrigé du mon livre indique :
dérivée seconde de r - ² r= -g

Personnellement j'aurais proposé : dérive seconde de r + g*dérivée de r -²r
Le fait bien intervenir la dérivée du vecteur position non ?
Toute la suite du corrigé est selon cette équation, mais je ne comprend pas pourquoi.

Qu'en pensez-vous ? Merci pour votre aide !

Posté par
athrun
re : force de frottement solide en repère non galiléen. 26-12-11 à 20:49

Bonsoir,

à première vue, si on a effectivement :

\vec{f}=-\mu mg\vec{v}\vec{v} est la vitesse, alors \mu est homogène à l'inverse d'une vitesse et la relation proposée dans ton corrigé est inhomogène tandis que celle que tu proposes est homogène.

Posté par
21centurygirl
re : force de frottement solide en repère non galiléen. 27-12-11 à 14:38

Oui je suis bien d'accord ! En réalité ils nous donne vec{f} = -g/norme de v  
ça ne change pas grand chose non ?

La solution de mon équation est beaucoup plus compliquée et ne colle pas trop avec la suite des question..

Posté par
athrun
re : force de frottement solide en repère non galiléen. 27-12-11 à 16:14

Ah si ! ça change tout !

Donc si j'ai bien compris

on a \Large\vec{f}=-\mu mg\frac{\vec{v}}{\|\vec{v}\|} donc \mu est un coefficient sans dimension et l'équation :

\Large\ddot{r}-\omega^2r=-\mu g  est parfaitement homogène.

Posté par
athrun
re : force de frottement solide en repère non galiléen. 27-12-11 à 16:20

C'est bien ça le schéma de l'expérience ?

force de frottement solide en repère non galiléen.

Posté par
J-P
re : force de frottement solide en repère non galiléen. 27-12-11 à 16:21

Je me méfie très fort du vocable utilisé par beaucoup en parlant de frottement.

Et donc sans une définition claire et précise des termes utilisés, il est toujours possible de mal comprendre.

Sans remarques personnelles sur le bien fondé ou non de ce qui suit :

On considère souvent que :

a) Le frottement solide (entre 2 solides donnés) a deux valeurs, l'une en statique, l'autre en dynamique, mais ces valeurs sont indépendantes de la vitesse.
f = -µ.N
avec µ une constante dépendant des matériaux (plus exactement 2 constantes différentes en fonction du fait que les corps sont ou non, en mouvement relatif, N étant la composante normale de la force entre les 2 "objets").

b) frottement fluide (exemple entre une bille et de l'huile dans laquelle la bille se meut).
Cette force de frottement est proportionnelle à la vitesse relative entre les corps.
f = -k.v (k etant une constante dépendant du fluide), f et v étant des grandeurs verctorielles.

c) Frottement aérodynamique (exemple entre l'air et une bille qui chute dans cet air).
Dès que la vitesse relative v entre l'objet et l'air n'est plus trop faible, on a f = -k.v² (k etant une constante dépendant de la taille et la forme de l'objet, v étant la vitesse relative air-objet).
-----

Ici, dans le topic, il semble y avoir de la bisbrouille.

On parle de frottement solide et donc la force de frottement (d'après ce que j'ai écrit ci dessus) devrait être de la forme : f = -µ.N (et si la tige est horizontale, on est dans le cas où |N| = m|g| et donc on devrait avoit : f = -µ.mg
et pas f = -µ.mg.v

Si on a bien un frottement solide "classique", alors f = -µ.mg et c'est la réponse du corrigé qui est bonne : d²r/dt² - w².r = -µ.g
---

Mais si la force de frottement est vraiment de la forme f = -µ.mg.v, alors c'est la réponse d²r/dt² - w².r = -µ.g.dr/dt qui est bonne.

(le µ aurait ici une unité). Cependant, la relation "f = -µ.mg.v"  a "la tête" d'un frottement fluide et pas d'un frottement solide ... du moins dans l'acceptation qu'on leur donne souvent.
-----

Je penche fort, dans le cas présent pour une erreur dans l'expression de la force de frottement donnée par l'énoncé.

Posté par
athrun
re : force de frottement solide en repère non galiléen. 27-12-11 à 16:41

Bonjour J-P

j'en ai déduit que l'expression f=-.mg ne pouvait être que la bonne au regard de l'homogénéité.

Posté par
21centurygirl
re : force de frottement solide en repère non galiléen. 27-12-11 à 22:43

Merci J-P pour cette explication qui m'éclaire sur la signification du terme de frottement.

L'énoncé parle bien d'un frottement solide j'en déduit que cette force est de la forme f = -µmg. Et ceci explique la suite.
Je penche donc aussi pour une erreur d'énoncé et non de corrigé

Quant à votre schéma athrun c'est bien ça sauf que la tige est dans le plan horizontal.

Posté par
athrun
re : force de frottement solide en repère non galiléen. 27-12-11 à 23:06

Ok donc c'est bon tu t'en sors si on a \Large\vec{f}=-\mu \text{mg}\frac{\vec{v}}{\|\vec{v}\|} ?



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