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Mouvement dune voiture...

Posté par
Pierrep
28-07-09 à 16:45

Bonjour, je prépare un DAEU et, malheureusement, celà fait deux jours que je planche sur ce problème concernant l'énergie mécanique d'un système :

"Une automobile de masse 1000kg, lancée à la vitesse de 90km/h, gravit, moteur coupé, une côte dont la ligne de plus grande pente fait un angle de 5° par rapport à l'horizontale.

Quelle distance parcourt-elle avant de s'arrêter s'il nexiste aucun frottement ?"

Le problème comporte ensuite d'autres questions mais je n'arrive pas à trouver le rapport entre la pente et la vitesse, je suppose qu'il faut utiliser l'énergie mécanique .

Bref, je suis paumé. En espérant que les physiciens ne prennent pas de vancances... merci d'avance !

Posté par
J-P
re : Mouvement dune voiture... 28-07-09 à 16:57

Energie cinétique de la voiture en bas de la pente: Ec1 = (1/2)mv² = (1/2)*1000*(90/3,6)² J

En prenant la référence des altitudes en bas de la pente:
Energie potentielle de la voiture en bas de la pente = Ep1 = 0

Energie mécanique de la voiture en bas de la pente : Em1 = Ec1 + Ep1 = (1/2)*1000*(90/3,6)² J
-----
Energie cinétique de la voiture au point le plus haut atteint : Ec2 = 0 (puisque v = 0 en cet endroit)

Soit h l'altitude du point le plus haut atteint par rapport au bas de le pente.
Energie potentielle de la voiture au point le plus haut atteint : Ep2 = m.g.h = 1000 * 10 * h(avec g = 10 N/kg l'intensité de la pesanteur)

Energie mécanique de la voiture au point le plus haut atteint: Em2 = Ec2 + Em2 = 10000.h J
-----
Puisqu'il n'y a pas de frottement, il y a conservation de l'énergie mécanique de la voiture et donc :

Em1 = Em2

(1/2)*1000*(90/3,6)² = 10000.h

h = 31,25 m

Distance parcourue par la voiture: d = h/sin(5°) = 31,25/sin(5°) = 359 m
-----
Sauf distraction.  

Posté par
Pierrep
re : Mouvement dune voiture... 28-07-09 à 17:13

génial
merci beaucoup et bravo pour la rapidité de la réponse !

Posté par
Pierrep
Mouvement d'une voiture 2ème partie ! 28-07-09 à 18:26

Re-bonjour. Je sais c'est la facilité mais je ne peux m'empecher de poster la suite...

"Une automobile de masse 1000kg, lancée à la vitesse de 90km/h, gravit, moteur coupé, une côte dont la ligne de plus grande pente fait un angle de 5° par rapport à l'horizontale.

Quelle distance parcourt-elle avant de s'arrêter s'il existe une résistance à l'avancement due à l'air et aux frottements qui se manifeste par une force constante F-> parallèle au déplacement et d'intensité 200N ?

"Dans un deuxième temps, la voiture est à 500m du bas de la côte et elle descent la pente moteur arrêté avec une vitesse initiale nulle.
A quelle vitesse arrive-t-elle en bas de la descente si il n'existe aucun frottement ? si il existe une force de frottement constante F-> parallèle au déplacement et d'intensité 200N."

Je galère trop, je vous remercie d'avance.

*** message déplacé ***

Posté par
Pierrep
re : Mouvement d'une voiture 2ème partie ! 28-07-09 à 22:15

Bon, je suis encore dessus, quelqu'un pourrait il m'expliquer comment mettre en compte la résistance dans le premier cas de figure svp ????

*** message déplacé ***

Posté par
J-P
re : Mouvement dune voiture... 29-07-09 à 09:21

Avec les frottements en montée:

méthode 1:

Energie cinétique de la voiture en bas de la pente: Ec1 = (1/2)mv² = (1/2)*1000*(90/3,6)² = 312500 J

Soit L la longueur max parcourue, cela correspond à une différence d'altitude de h = L.sin(5°)

|Energie de frottement| = 200*L
|delta énergie potentielle| = mgh = 1000*10*L.sin(5°)

200L + 10000.L.sin(5°) = 312500

L = 292 m
-----
méthode 2:

Résultante des forces // à la route s'opposant au mouvement : R = 200 + mg.sin(5°) = 1071,56 N
a = -1071,56/1000 = -1,07156 m/s²

v = vo+at
s'arrête en v = 0 --> 0 = 90/3,6 - 1,07156*t
t = 23,33 s

L = vo.t + at²/2 pour t = 23,33 s
L = (90/3,6)*23,33 - 1,07156*23,33²/2 = 292 m
-----
Essaie de faire la partie pour la descente de la pente ...

Sauf distraction.  

Posté par
Pierrep
re : Mouvement dune voiture... 29-07-09 à 13:37

Bonjour, j'y ai passé une bonne partie de la soirée mais je pense avoir trouvé, mais par une autre méthode : (j'ai pris g=9,8)(et IF= initiale/finale)(et z l'altitude pour calculer l'énergie potentielle)

AVEC FROTTEMENTS EN MONTÉE :

Le système n'est plus isolé, j'applique le théorème de l'énergie cinétique :
Ec=W(IF)
Ec=Ec(f)-Ec(i)
v(f)=0
Ec= -1/2 x M x Vi²

Les travaux des forces extérieures :
réaction : 0 J car perpendiculaire à IF
poids : produit scalaire de P et IF (avec P= m x g =9800) SOIT = 9800 x IF x cos265° -854,12IF Joules
frottements : prod. scal. = -f x IF x cos0° = -200IF J

On remplace la variation de l'énergie et la somme des forces extérieures dans le théorème :

-1/2 x M x Vi² -200IF -854,12IF
En simplifiant on obtient IF296,45m


SANS FROTTEMENTS EN DESCENTE :

Energie mécanique initiale en haut de pente soit à environ à 43,57m d'altitude (sin5°)
Ec(i)=0 car Vi=0
Epi=m x g x z 426986 J

Energie mécanique finale = Ec(f)+Ep(f) (avec Ep(f)= 0 car pas d'altitude)
Ec(f)=1/2 x M x Vf²=500 Vf²

Pas de frottements, conservation de l'énergie, Em(i)=Em(f)
500 Vf²= 426986 J
Vf29,22 m/s


DESCENTE AVEC FROTTEMENTS :

Théorème de l'énergie cinétique avec Vi=0
Ec=1/2 x M x Vf²

Les travaux des forces :
Reaction = 0 J (perp. à IF)
Poids = produit scalaire de P et IF = P x IF x cos85°427063,13J
Frottements=-f x IF x cos0°= -100000 J

Le théorème devient :
1/2 x M x Vf² = 427063,13 - 100000
Vf 25,57m/s

Voila, comme quoi, faut jamais laisser tomber !



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