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Force et énergie

Posté par
jars
26-02-24 à 09:19

Bonjour,

Le problème est le suivant :
Une masse m est relié à une tige rigide de longueur l et tournant autour d'un axe O.
Quelle sera la force lors de l'impact sur l'objet J ?

Dans le cadre du développement d'une machine censée simulée une frappe, je dois calculer les forces et l'énergie à laquelle est soumis une cible à l'impact. J'ai schématisé le problème ci-dessous mais j'ai des difficultés à y répondre. J'ai pensé à utiliser l'énergie cinétique et l'énergie potentielle pour trouver l'énergie mais peut-on réellement parler de transfert total sachant que la masse est reliée à une tige.

Pour les forces (force de pesanteur et force centripète, je ne sais pas trop comment les utiliser)

Merci pour votre aide.

Force et énergie

Posté par
Candide
re : Force et énergie 26-02-24 à 09:33

Bonjour,

Il y a conservation de l'énergie mécanique lors du mouvement du "marteau" (si les pertes par frottement dans l'axe pivot et dans l'air sont d'effets négligeable) et donc on peut calculer l'énergie à l'impact.

Par contre, sans données supplémentaires, on ne peut pas calculer la force. Cela dépend, entre autres, des caractéristiques du matériau "frappé" et des déformations qu'il subit à l'impact.

Posté par
jars
re : Force et énergie 26-02-24 à 10:27

Bonjour Candide,

Je tiens à vous remercier pour votre réponse rapide. Cela enlève mes doutes sur l'énergie. Pour ce qui est des caractéristiques du matériau frappé je ne les aies pas, étant donné que le matériau est amené à changer avec le temps. N'y a-t-il pas cependant un moyen de connaître les forces à l'impact et de modifier les calculs par la suite ?

Cordialement,

Posté par
Candide
re : Force et énergie 26-02-24 à 11:16

Bonjour,

La force varie en fonction de la déformation du matériau.

Par exemple si le matériau se comporte comme un ressort quasi parfait de constante k, la force varierait pendant la "durée d'impact".
La force est nulle au moment où le marteau arrive au contact de la cible et augmente jusqu'à un max = \sqrt{2k.E_c}
Avec Ec l'énergie cinétique (calculable), ceci en négligeant l'épaisseur d'écrasement ...
Rien qu'ici, on voit que F dépend de k la raideur du "ressort".

En pratique, l'écrasement ne sera pas celui d'un ressort parfait, car outre une partie de déformation presque élastique, il y aura de l'énergie perdue par déformation irréversible.

Si le matériau frappé se déforme peu (acier ou ...) la force max au cours de déformation sera grande.
Si le matériau frappé se déforme fort (plasticine ou ...) la force max en cours de déformation sera petite.
Et évidemment, tout matériau compris (en "rigidité") entre l'acier et la plasticine   aura un comportement intermédiaire.
  



Posté par
jars
re : Force et énergie 29-02-24 à 09:24

Bonjour,

Merci encore pour votre réponse.
Celle-ci m'a été bien utile pour la compréhension du problème.

Cordialement,



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