Bonjour, pour mon grand oral j'ai un sujet qui est : en quoi les primitives sont elle utiles pour modeliser la chute d'un corps ? Pour le plan j'avais pensé a une introduction qui explique ce qu'est la mecanique et comment est étudié un mouvement. Pour la première partie j'ai commence par expliquer un peu l'histoire mais pour la suite je ne sais pas comment organiser mon développement. J'ai aussi pensé à rajouter un exemple avec un exercice. Auriez-vous une idée pour mon plan ? Merci d'avance
Bonjour,
Sujet ayant déjà reçu une réponse : Grand oral : primitives et chute d'un corps
Bonjour,
Merci, j'ai finalement réussi a faire quelque chose, pouvez vous me conseiller sur la structure et le contenu svp ?
En quoi les primitives sont elles utiles pour modeliserr la chute dun corps ?
La mécanique est la branche de la physique qui étudie les mouvements des objets soumis a des forces extérieures. L'étude de la chute des corps fait partie des grands classiques de la physique.
Ainsi, quand la seule force qui s'exerce sur un objet est son poids, on parle de chute libre.
Le mouvement d'un corps est régi par des lois qui permettent de modéliser le mouvement d'un corps.
C'est a la fin du 26eme siècle que Galilée commence a travailler sur la chute corps. Il en déduit, au fil de ses expériences, la théorie de la chute des corps : la vitesse ne dépend pas de sa masse. Newton, au 17eme siècle, énonce la seconde loi de Newton : l'accélération communiquée à un corps par une force est directement proportionnelle a l'intensité de la force et inversement proportionnelle a la masse du corps. C'est en partant de cette loi valable uniquement sur le référentiel galiléen et en utilisant les primitives que l'on peut établir une équation modélisant la chute d'un corps dans un champs de pesanteur uniforme.
En mathématiques, une primitive d'une fonction réelle f est une fonction F dont la dérivée est f. Il s'agit donc d'un antécédent pour l'opération de dérivation.
I. Commençons par aborder le sujet du champ de pesanteur uniforme et de la chute libre. Sur Terre, le vecteur champ de pesanteur g est un vecteur constant, on parle alors de champ de pesanteur uniforme. Peu importe l'instant t, ce vecteur a un même sens, une même direction et une même norme.
On appelle un corps en chute libre un corps dont la seule force exercée sur ce dernier est son poids.
La chute libre n'est possible sur Terre que si les frottements et la poussée d'Archimède sont négligeables. C'est le cas pour la chute d'un solide sur une durée très courte.
Pour que cette condition soit respectée, il faut que le poids du corps étudié soit nettement supérieur a sa poussée d'Archimède, c'est a dire que la masse volumique de l'objet doit être supérieure a la masse volumique du fluide.
Pour négliger les frottements, il faut que le corps ait une forme aérodynamique et une vitesse faible.
II. Intéressons nous maintenant a la modélisation de la chute d'un corps. Nous étudierons la chute d'une balle de masse m et de centre d'inertie G avec comme référentiel la terre, référentiel supposé galiléen
Commençons par établir un bilan des forces, ici, on néglige les frottements de l'air et la poussée d'Archimède, ainsi, on a que le poids P = m x g
* schema + indication des conditions initiales *
Au début de expérience, c'est a dire à t=0, la balle est au point O de coordonnées (0;0) et sa vitesse initialer est nulle, son vecteur vitesse initial est donc nul et v0 = 0
On souhaite alors trouver l'équation de la vitesse en fonction du temps pour trouver la vitesse en fonction du temps ainsi que l'équation horaire qui nous permet de trouver la position de la balle en fonction du temps
D'après la seconde loi de Newton :
Somme des forces extérieures = ma
Ici, on a que le poids, donc P = ma
donc mg = ma
Ainsi, a = g
on a donc a {ax = 0
{ay = g
Or l'accélération a est égale a la dérivée de la vitesse par rapport au temps, ainsi, a = dv/dt
C'est ici que l'on se sert des primitives afin de retrouver les coordonnées du vecteur vitesse.
On a rappelé qu'une primitive F d'une fonction f est une fonction qui dérivée, donne f. Pour trouver vx, on doit chercher une primitive de ax, c'est à dire une fonction qui, en étant dérivée, donne 0.
On sait que les primitives en fonction du temps d'une fonction f = 0 sont de la forme F =cte ainsi, vx est égale a une constante.
On doit aussi chercher vy, on alors une primitive de g, on sait que les primitives d'une fonction f = g en fonction de t sont de la forme F= gt + cte
On se retrouve alors avec des coordonnées du vecteur vitesse de la forme :
v{vx=cte1
{vy = gt + cte2
Il faut maintenant déterminer les valeurs des constantes 1 et 2, il faut se servir des conditions initiales, c'est ces dernières qui déterminent les valeurs des constantes. Ici, v0 = 0 donc
v0{v0x=0
{v0y= 0
On en conclue que les constantes 1 et 2 sont égales a 0 et on en déduit les coordonnées du vecteur vitesse :
v{vx= 0
{vy=gt
On a alors l'équation de la vitesse vy(t) = gt
Il faut maintenant trouver l'équation horaire. On sait que la vitesse est la dérivée de la position en fonction du temps, ainsi, v =dOM/dt
En se servant une seconde fois des primitives, on parvient a déterminer le vecteur position, le vecteur OM.
On cherche xOM, ainsi, on cherche une fonction qui en étant dérivée donne 0, on sait que les primitives en fonction de t d'une fonction f = 0 sont de la forme F = cte
Pour trouver yOM, on procédé de la même manière, on cherche une cherche une fonction qui en étant dérivée donne gt, les primitives en fonction de t d'une fonction f = gt sont de la forme F = 1/2gt² + cte
Pour déterminer les valeurs des constantes, on se sert encore une fois des conditions initiales, ici, on sait qu'à t = 0, la balle se trouve a O(0;0), donc les constantes 3 et 4 sont égales a 0 et on a
OM {xOM = 0
{yOM = 1/2gt²
On obtient donc l'équation horaire du mouvement qui est y(t)=1/2gt²
A l'aide des primitives, nous avons pu partir de la seconde loi de Newton et remonter au fur et a mesure jusqu'à l'obtention de l'équation de la vitesse et l'équation horaire. Grace a elles, nous sommes en capacité de déterminer la vitesse exacte d'un corps a n'importe quel instant t de sa chute ainsi que sa position. Les primitives nous permettent de prévoir de nombreuses choses comme la trajectoire d'un projectile et ainsi, savoir s'il passera le mur situé a un certain endroit ou s'il ne sera pas assez haut a cette position précise, ou même savoir si un penalty au football va rentrer dans les cages ou si ils va passer au dessus, etc.
Je regarderai ta proposition dimanche, j'aurai plus de temps.
@tous : si jamais quelqu'un d'autre a plus de temps que moi avant, qu'il n'hésite pas à prendre le relai.
Bonjour,
Comme convenu :
Salut,
Est ce que tu pourrais m'envoyer ton sujet finis car j'ai encore des doutes sur certains points.
C'est à propos des questions qui pourrait m'être poser et aussi pour savoir quelle élément ajouter sur la feuille que je leur donnerai.
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