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Mouvement d'un disque

Posté par
Cooks
05-09-19 à 21:32

Bonjour,
Un disque (D) (M=0,4kg , R=0,2m) est lancé d'un pt O vers le haut sur un plan incliné de =30°
par rapport à l'horizontale, de longueur OE=l=1,35 m, avec une vitesse de module v0= 5 m/s. Il roule sans glisser le long de la pente et saute à partir du pt E.
1) calculer la vitesse linéaire de son centre de gravité au pt E.
2) Calculer la vitesse angulaire de (D) autour de son axe de révolution () en E.
3)Le pt O appartient au sol horizontal.
a) calculer la hauteur maximale atteinte par le centre de gravité de (D) par rapport au niveau du sol.
b) quelle est la nature du mvt de rotation de (D) durant le saut?
c) Calculer le module de la vitesse linéaire de son centre d'inertie quand il touche le sol en F
d) Calculer le nbe de tours effectués par (D) autour de son axe de révolution () pendant le saut

1) comme le centre de gravité est considéré comme un pt matériel de (D), il est en translation(mais je ne sais pas si ce raisonnement est correct ou pas)
TEC(O vers E)
Il y a a la fois vitesse angulaire du disque et vitesse linéaire,
Au final j'ai obtenu VE=5,831m.s-1
et
.2=VE/R=29,15 rad.s-1 pour 2)
3)a)le saut ici, c'est le moment entre E et F ou juste le moment entre E et la hauteur maximale.

En fait, j'ai besoin d'une petite explication concernant les disques en mouvement(TEC,chute libre)
Svp

Mouvement d\'un disque

Posté par
odbugt1
re : Mouvement d'un disque 06-09-19 à 10:21

Ce que je pense avoir compris :

Le mouvement de disque est un roulement c'est-à-dire une translation du centre du disque avec rotation autour de ce centre.

On distingue deux phases :
a) Entre O et E un roulement sans glissement pour lequel la vitesse "v" du centre de (D) est lié à sa vitesse angulaire "ω" par la relation v=Rω
b) Entre E et F une "chute", phase dans laquelle le centre de (D) possède un mouvement parabolique classique accompagné d'une rotation à vitesse constante de rotation autour de ce centre.

L'énergie cinétique de (D) est la somme de son énergie cinétique de translation et de son énergie cinétique de rotation.

Ce qui n'est pas normal :
Le disque est lancé en O avec une vitesse v0 de 5m/s et tu trouves que cette vitesse est devenue 5,8m/s en E donc tu trouves que vE > v0

Posté par
Cooks
re : Mouvement d'un disque 06-09-19 à 15:17

Bon, je refais le TEC avec à la fois V et pour trouver VE
Puis, pour E je divise par R VE
Est-ce la bonne démarche ?

Posté par
odbugt1
re : Mouvement d'un disque 06-09-19 à 16:46

Oui !

Posté par
Cooks
re : Mouvement d'un disque 08-09-19 à 16:57

1) Syst{centre de gravité de (D)} en translation
TEC(O vers E)
EcE-EcO=-Mglsin
Donc VE= 3,4 m/s
2) une question, la vitesse du centre de gravité est-elle égale aux vitesse linéaires de tous points sur le disque ?
En fait, on n'a pas encore vu de type comme celui-ci.

Posté par
odbugt1
re : Mouvement d'un disque 08-09-19 à 19:22

Question 1 :
Je ne trouve pas le même résultat que toi et comme tu ne détailles pas ton calcul je ne peux pas savoir d'où provient la différence.

2) Non.
Il est clair, qu'un point situé (par exemple) à la périphérie du disque n'a pas la même vitesse que celle de son centre de gravité.

Posté par
Cooks
re : Mouvement d'un disque 08-09-19 à 20:21

1) TEC:
(1/2) M VE²-(1/2) M V0²= -Mgl sin
J'ai considéré que G( je crois qu'on va le noter ainsi le centre de gravité pour ne plus écrire long) comme un corps ponctuel classique en translation.

Posté par
odbugt1
re : Mouvement d'un disque 08-09-19 à 23:31


Comme déjà indiqué précédemment ( 06-09-19 à 10:21)

L'énergie cinétique de (D) est la somme de son énergie cinétique de translation et de son énergie cinétique de rotation

Tu n'as tenu compte que de la translation de (D) et pas de sa rotation.

Posté par
Cooks
re : Mouvement d'un disque 09-09-19 à 20:18

TEC(OE)
(1/2) J.E²+ (1/2) M VE² -(1/2) J.0² -(1/2) MV0²= W(P)=-Mg l sin

Avec, .E= VE/R
Et .
0= V0/R

D'où, VE=(-4/3 gl sin + V0²)
AN: VE= 4 m.s-1

Et .E= VE/R= 20 rad.s-1

Posté par
odbugt1
re : Mouvement d'un disque 09-09-19 à 23:39

C'est exact, car la seule force qui travaille est le poids de (D)

Posté par
Cooks
re : Mouvement d'un disque 10-09-19 à 16:03

3) a) il demande la hauteur maximale atteinte par G
Pour ce faire il faut trouver l'équation horaire et l'équation cartésienne de la trajectoire de G
On assimile le disque à G qui est lancé avec VE et on fait comme d'habitude pour les équations horaires et cartésienne
Est-ce correct ma démarche ?

Posté par
odbugt1
re : Mouvement d'un disque 10-09-19 à 17:03

Oui, on peut répondre à cette question en utilisant la méthode que tu décris.
L'équation cartésienne n'est pas indispensable, même si on peut, en effet, l'utiliser.

On peut aussi utiliser le théorème de l'énergie cinétique ou la conservation de l'énergie mécanique.

Posté par
Cooks
re : Mouvement d'un disque 10-09-19 à 20:17

Ah bon, et comment ?
Je voudrais bien connaître cette méthode.

Posté par
odbugt1
re : Mouvement d'un disque 10-09-19 à 21:51

On peut appliquer le théorème de l'énergie cinétique entre les points M et S (voir figure).

Mouvement d\'un disque

Posté par
Cooks
re : Mouvement d'un disque 12-09-19 à 11:56

Merci,
Une question sur la vitesse linéaire et angulaire
On a vu que la vitesse v0 et vE s'appliquent en G
Et pour l'énergie cinétique du système, on additionne l'énergie cinétique de translation et de rotation
Et pour. on a fait v0/R mais la formule .=v/R n'est elle valable que pour une vitesse l'inéaire s'appliquant à un  pt se situant en une distance R du centre ?
Et de plus, V n'est-t-elle pas variable en fonction de la distance R du centre et du pt ?

Posté par
odbugt1
re : Mouvement d'un disque 12-09-19 à 18:37

Tout les points ont la même vitesse angulaire
Leurs vitesses linéaires dépendent de leurs distances r au centre selon la relation v=r*
Pour un point situé à la périphérie r=R
Si le disque roule sans glisser la vitesse linéaire du centre de gravité est liée à la vitesse angulaire par la relation v = R ( voir mon post du 06-09-19 à 10:21 )

Posté par
Cooks
re : Mouvement d'un disque 12-09-19 à 20:17

Pour la nature du mvt du disque durant le saut
SYS{G} en translation
D'après le TCI M\vec{g}=M\vec{a}(car la masse du cylindre est concentrée en G n'est ce pas ?)
Et on voit que a est constante
Est-ce qu'il faut aussi passer au TAA pour le système cylindre en rotation ?

Posté par
odbugt1
re : Mouvement d'un disque 12-09-19 à 23:13

Oui, le centre de gravité de (D) va donc avoir un mouvement parabolique classique.
On admet que sa vitesse initiale de translation a même direction et même norme que la vitesse finale de la phase précédente.

Pendant la chute, la somme des moments des forces extérieures qui s'exercent sur le disque est nulle. Il en résulte que la vitesse de rotation du disque est constante et égale à sa vitesse de rotation finale en fin de phase précédente (20 rad/s)

Posté par
Cooks
re : Mouvement d'un disque 13-09-19 à 11:02

Heureusement..
Pour c) je crois que ça ira
d) comment trouver ce nbe de tours durant le saut?

Posté par
odbugt1
re : Mouvement d'un disque 13-09-19 à 11:08

La vitesse de rotation étant connue, il te faut calculer le "temps de vol" entre M et M' (Voir mon schéma)
Le nombre de tours s'obtient alors très simplement.

Posté par
Cooks
re : Mouvement d'un disque 13-09-19 à 11:18

Ok, merci infiniment

Posté par
Cooks
re : Mouvement d'un disque 15-09-19 à 16:15

Vérification :
VF=5m/s
Est-ce que la durée du saut est 0,4s
Et le nbe de tours est 1,27 tours?

Posté par
odbugt1
re : Mouvement d'un disque 15-09-19 à 18:36

Désolé. Je ne vérifie pas de résultats numériques non justifiés.

Posté par
Cooks
re : Mouvement d'un disque 15-09-19 à 20:51

Oups
Bon pour VF, TEC(E vers F)
Je prends les énergies cinétiques de la translation et de la rotation et il n'y que le poids qui travaille en l'air
Au final, VF=5m.s-1

Après, pour la durée du saut
Dans(E,x,y)
\vec{EF}=\frac{1}{2}\vec{g}t²+\vec{V_E}t+\vec{EE}
Sur (E,y)
0=-(g/2)t²+VEt
t≠0, donc (-g/2)t+VE=0
Donc t=0,4s

Et =.t+E
Et 1tour=2π
Donc nbe de tours=1,27

Posté par
odbugt1
re : Mouvement d'un disque 15-09-19 à 22:32

Je prends les énergies cinétiques de la translation et de la rotation et il n'y que le poids qui travaille en l'air
Au final, VF=5m.s-1

La méthode est bonne.
Je ne trouve pas le même résultat numérique.

Sur (E,y)
0=-(g/2)t²+VEt

Non
-(g/2)t²+VE t  = -L sin()

Posté par
Cooks
re : Mouvement d'un disque 16-09-19 à 05:13

C'est vrai,
Il faut bien regarder...

Posté par
Cooks
re : Mouvement d'un disque 16-09-19 à 05:25

Et la démarche pour ., elle est bonne ?

Posté par
odbugt1
re : Mouvement d'un disque 16-09-19 à 08:38

Je ne sais pas.
Comme tu ne définis pas tes notations je préfère ne pas me prononcer.

Posté par
Cooks
re : Mouvement d'un disque 16-09-19 à 17:22

Comme il s'agit d'un mouvement de rotation uniforme,
=.t+E
AvecE=0

Donc, =.t
Est ce correct ?

Posté par
odbugt1
re : Mouvement d'un disque 16-09-19 à 18:09

Tu ne définis toujours pas tes notations !

Si ton =.t
équivaut à  \large \theta = \dot{\theta}~t
relation dans laquelle est l'angle cherché (en rad) ,  \dot{\theta}  la vitesse angulaire (en rad/s) et  "t"  la durée du vol alors oui la relation que tu proposes est correcte.

Posté par
Cooks
re : Mouvement d'un disque 16-09-19 à 18:45

Oui... c'est la vitesse angulaire que je voulais écrire
Je ne sais pas comment l'écrire en LaTex

Posté par
odbugt1
re : Mouvement d'un disque 16-09-19 à 19:10

En LaTex   \dot{\theta}  s'écrit  \dot{\theta}

Posté par
Cooks
re : Mouvement d'un disque 16-09-19 à 20:33

Bon, merci pour l'exercice et merci pour le tuyau



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