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Niveau maths sup
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Frottements et distance d'arret

Posté par
MistK
11-06-17 à 11:25

Bonjour à tous,
Voilà le sujet de ma question:
J'ai simplement un cube qui a une vitesse initiale sur le sol.
Ce cube est simplement soumis à son poids , la réaction normale du sol et la force de frottement cinétique qui s'oppose au sens du mouvement de norme \mu _{c}.N.
Je trouve que la distance de freinage est x _{f}=\frac{v_{0}^{2}}{2.\mu _{c}.g} ve qui est en accord avec la correction.

Voilà ma question : Je ne comprends pas pourquoi cette distance de freinage ne dépend pas de l'aire de la surface "qui frotte" ni même du poids du cube qui se déplace.

Merci beaucoup

Posté par
vanoise
re : Frottements et distance d'arret 11-06-17 à 11:38

Bonjour
La force de "freinage" est la force de frottement solide, d'intensité µc.N
Si le glissement se fait sur un plan horizontal, tu démontres facilement :
N=m.g
La force de frottement est proportionnelle au poids.
La constante de frottement dépend des états des surfaces en contact, plus ou moins rugueux ou lisses et de la nature de ces surfaces.
En revanche, la force de frottement ne dépend pas de l'aire de la surface de contact : cela se vérifie expérimentalement. Imagine un solide ayant la forme d'un parallélépipède rectangle que tu veux faire glisser sur un sol horizontal. Les différentes faces du parallélépipède rectangle n'ont a priori (s'il ne s'agit pas d'un cube) la même surface... L'expérience montre que la force horizontale à exercer sur le cube pour le faire glisser à vitesse constante est la même quelle que soit la surface en contact avec le sol.

Posté par
MistK
re : Frottements et distance d'arret 11-06-17 à 11:57

Bonjour et merci de votre réponse
C'est ça qui me semble contre intuitif, si la force de frottement est proportionnelle au poids, il me semblait logique que la distance d'arrêt le soit aussi mais visiblement non.

Posté par
J-P
re : Frottements et distance d'arret 11-06-17 à 12:17

L'énergie à dissiper pour freiner est proportionnelle au poids : Ec = (1/2 m v² = 1/(2g) * mg * v² = Poids * v²/(2g))

... mais la force de freinage (µ.N) est proportionnelle à N (qui a la même valeur numérique que le poids). (F = µ.mg = Poids * µ)
Avec µ une constante ne dépendant que des 2 matériaux en contact.

Donc : L'énergie à dissiper pour freiner est proportionnelle au poids ... mais la force de freinage est aussi proportionnelle au poids.


Ec = F * d

d = Ec/F = (Poids * v²/(2g)))/(Poids * µ) ... le poids est à la fois au numérateur et au dénominateur de la fraction --> ils se simplifient.

d = v²/(2µ.g) (qui est indépendant du poids ... mais aussi de l'aire des surfaces en contact).

Posté par
vanoise
re : Frottements et distance d'arret 11-06-17 à 12:32

Si tu veux faire glisser un meuble sur le sol, la force de frottement est proportionnelle au poids. Comme tu te trouves à étudier un mouvement très lent d'accélération quasi nulle, tu peux dire que la force que tu vas devoir exercer horizontalement sur le meuble pour qu'il glisse sera proportionnelle au poids.
La situation que tu étudie est différente : l'accélération n'est pas d'influence négligeable : ce sont les lois de la dynamique qui s'appliquent et non celle de la statique et elles ne sont pas intuitives : la force de frottement est bien là aussi proportionnelle au poids mais la distance d'arrêt ne l'est pas...
Je prends un autre exemple de mouvement qui n'est pas intuitif : l'exemple classique de la chute libre (chute dans le vide, dans un tube de Newton par exemple) : la cause de la chute est le poids ; intuitivement, on pourrait penser que la chute est d'autant plus rapide que le poids est grand : tu sais bien que le mouvement, à conditions initiales identiques est le même quel que soit la masse !

Posté par
MistK
re : Frottements et distance d'arret 11-06-17 à 14:12

Merci à vous tous pour toutes ces précisions !



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