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Newton: Dynamique (Vérification de l'exercice)

Posté par
Veronica
21-08-07 à 17:23

Bonjour à tout le monde !
Voilà j'ai fais et réfais un exercice plusieurs fois et je en trouve pas d'autres moyens à le faire...Et je ne trouve pas la meme reponse que celle qo'on me donne dans le livre.Peut etre que vous pourriez trouver mon erreur et leur...?
Merci beacoup d'avance
L'énoncé :
Un bloc de glace de 4kg glisse sans frottement sur une surface de verre horizontale avec une vitesse initiale donnée.Une force de 15N agit sur lui en sens inverse de son mouvement.Ainsi,après avoir parcouru une distance de 11m,sa vitesse est reduite de moitié.Calculez la vitesse initiale du bloc.
Données :
m=4kg
F=15kg
e=11m
(Ma)Résolution :

v=? v=a.t
a=? a=F/m ==> a=15/4=3,75m/s²
t=? t= racine 2.e /a ==> t= racine 2.11/3,75 = 2,42 sec
Alors v= 3,75.2,42 = 9,08 m/s

Voilà le problème : Dans le livre ils donnent une réponse de 10,5m/s :/
Peut-il qu'ils ont commis une erreur
Puisque moi,je ne trouve aucune solution à part cela...

Posté par
jamo
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 17:58

Bonjour,

connais tu el théorème qui dit que la différence d'énérgie cinétique est égale à la somme de stravaux des forces ?

3$\frac{1}{2} m V_1^2 - \frac{1}{2} m V_2^2 = F \times e

Et sachant que V1 = 2V2 ...

Posté par
Veronica
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 18:01

Bonjour Jamo,
Non en effet je ne connais pas...D'ailleurs j'ai jamais entendues parlé de ce théorème...

Posté par
Veronica
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 18:03

Donc ma résolution est fausse...?

Posté par
slay
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 18:06

Bonjour,
Je ne suis pas calée en Physique mais dans ta résolution;tu n'as pas l'air d'utiliser le fait que la vitesse a diminué de moitié.Donc je pense que ta resolution n'est pas correcte.Je continue de chercher.

Posté par
Veronica
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 18:08

Okay merci Slay et moi non plus je en suis pas très calée en Physique T'inquiète hehe

Posté par
Veronica
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 18:10

Ce que je ne comprends pas c'est pourquoi on utiliserais une formule venant du "Puissance Travail Energie" dans "Newton :la Dyamique"....?

Posté par
jamo
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 18:12

C'est ce qu'on appelle le "théorème de l'énérgie cinétique".

Je ne suis pas expert en physique, et comme tu es en Belgique, je n'ai aucune idée si vous voyez ce théorème et si oui, quand !

Posté par
Nicolas_75
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 18:17

Bonjour,

La relation F = m.a est vraie a tout instant t.

La relation v=a.t n'est vraie que si a est constant, ce qui n'est pas le cas ici.

Posté par
jamo
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 18:18

Bref, ça fait :

3$\frac{1}{2} m V_1^2 - \frac{1}{2} m V_2^2 = F \times e \
 \\ \frac{1}{2} m 4V_2^2 - \frac{1}{2} m V_2^2 = F \times e \
 \\ \frac{3}{2} m V_2^2 = F \times e \
 \\ V_2^2 = \frac{2}{3} \frac{F \times e }{m} \
 \\ V_2 = \sqrt{\frac{2 \times F \times e}{3 \times m}}
 \\ V_2 = \sqrt{\frac{2 \times 15 \times 11}{3 \times 4}} = \sqrt{\frac{55}{2}} \approx 5,24

Bizarre, je trouve la moitié de 10,5 ...

Posté par
Veronica
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 18:19

En effet cette année on a vu en "Puissance,Travail,Energie" plusieurs formules et théorèmes comme W=F.e P=W/t...,l'energie potentielle,cinétique...etc
Mais puisque on a jamais utilisé une de ces formules en Newton j'ai des doutes qu'il faut appliquer ce théorème ici...
Je pense que c'est plutot les formules de Newton qu'on peut appliquer en 'Puissance..." mais je ne sais pas si on peut faire l'inverse...Mais de nouveau je ne suis pas très douée en Physique donc.....on ne sais jamais...

Posté par
slay
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 18:19

Il doit y avoir plus simple.
Es tu sure de ta relation t= racine (2e/a) qui vient de e = 1/2*at^2? N'est elle pas valable que s'il n'y a pas de vitesse initiale? Je suis sure de rien

Posté par
jamo
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 18:19

Ah bah oui, c'est bon !!!

La vitesse initiale V1 est le double, donc 10,5 !

Posté par
Veronica
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 18:21

Je suis navrée mais je n'avais pas vraiment compris...
Sorry

Posté par
Nicolas_75
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 18:21

jamo >> c'est normale que V2 que tu trouves soit la moitie de V1 demandé, non ?

Posté par
Veronica
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 18:28

Ok je crois que j'ai compris votre résolution mais comment vous saviez qu'il fallait appliquer ce théorème...? Dans le livre que j'ai "4eme secondaire de boeck" il ne la mentionnent pas dans le chapitre de Newton....

Posté par
Veronica
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 18:29

De plus ils abordent le chapitre  Newton avant "Puissance,Travil,..."

Posté par
jamo
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 18:29

Sans le théorème que j'ai utilisé, je ne sais pas trop ... si kk1 a une idée ?

Posté par
Veronica
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 18:33

Est-ce-que en France on applique ce théorème dans un exercice de Newton?

Posté par
Veronica
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 18:33


Posté par
Coll Moderateur
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 19:22

Bonjour à tous !

Veronica >> Un excellent exemple de la puissance des résolutions par la considération du travail des forces et des variations d'énergie ; c'est-à-dire comme l'a proposé et résolu jamo

Sans utiliser le théorème de l'énergie cinétique voici ce que ça donne...
Deuxième loi de Newton : F = m.a
a = F / m = 15 / 4 m.s-2

Cette accélération (vecteur) est dirigée à l'opposé de la vitesse initiale (vecteur). Orientant l'axe des abscisses dans le sens de la vitesse initiale, la projection de cette accélération est donc négative
position :
x(t) = -(1/2).a.t2 + v.t

en prenant l'origine des temps quand la vitesse initiale est v

vitesse :
v(t) = -a.t + v

application numérique :
11 = -(1/2).(15/4).t2 + v.t
v / 2 = -(15/4).t + v

de la deuxième équation on tire
t = 2.v/15
en reportant dans la première on trouve v2 = 110
et
v\,=\,\sqr{110}\,=\,10,5\,\rm{m.s^{-1}}

Vive le théorème de l'énergie cinétique !

Posté par
Veronica
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 19:53

Bonsoir Coll,
Merci pour ta résolution!
Je vais refaire l'exercice avec ce développement...Donc d'après ce que j'ai compris il ne faut pas appliquer le théorème de l'energie cinétique dans cet exercice ou plutot dans la Dynamique...
Merci encore à tout le monde ,vous étiez une grande aide...(Comme toujours)
*Veronica*

Posté par
Coll Moderateur
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 20:31

Il est sûr que la résolution la plus élégante est celle qui profite de la puissance des raisonnements avec le travail d'une force et l'énergie.
La diminution d'énergie cinétique est due au travail de cette force de 15 N qui freine le déplacement du bloc de glace.
Diminution d'énergie cinétique :
Ec = (1/2).m.(v2/4) - (1/2).m.v2
Travail de la force \vec{F} dont le point d'application se déplace de \vec{d}
WF = ||\vec{F}||.||\vec{d}||.\cos (180^{o})
et l'application numérique conduit à v2 = 110 et v 10,5 m.s-1
________________

Une première remarque : la solution v = -10,5 m.s-1 est peut-être physiquement possible. Si la force de 15 N (dont l'énoncé dit que ce n'est pas une force de frottement) continue son action après l'arrêt complet du bloc de glace, celui-ci va faire demi-tour et repassera au point d'abscisse x = 11 m avec cette même vitesse (en valeur absolue) mais dirigée en sens inverse. Mais le bloc aura alors parcouru beaucoup plus que 11 mètres.
________________

J'aurais dû écrire la deuxième loi de Newton vectoriellement. \vec{F}\,=\,m.\vec{a}
Avec l'orientation choisie de l'axe des abscisses, la composante de \vec{F} vaut -15 N
et donc la composante de \vec{a} vaut -15/4 m.s-2
Ensuite les deux relations donnant la position et la vitesse en fonction du temps s'écrivent :
x(t) = (1/2).a.t2 + v.t
v(t) = a.t + v
en notant v le module de la vitesse initiale

Le reste est sans changement. Même si cela est plus long à dactylographier, il vaut mieux écrire correctement les vecteurs et leurs composantes ; sinon ces questions de signe sont impossibles à comprendre.

Posté par
Coll Moderateur
re : Newtonynamique (Vérification de l'exercice) 21-08-07 à 20:42

Citation :
Donc d'après ce que j'ai compris il ne faut pas appliquer le théorème de l'energie cinétique dans cet exercice ou plutot dans la Dynamique...


C'est une conclusion trop hâtive !

Si on connaît les concepts de travail, d'énergie, le "théorème des forces vives" ou de l'énergie cinétique... il est certainement plus élégant et beaucoup plus rapide de faire comme jamo.

J'ai simplement voulu montrer à 19 h 22 qu'avec les seules connaissances de la cinématique et des lois de Newton il est possible de résoudre aussi l'exercice ; mais c'est plus laborieux !

Posté par
Veronica
re : Newton: Dynamique (Vérification de l'exercice) 22-08-07 à 09:33

Salut,
Coll si vous passez par ici encore une fois,je voulais vous demander comment à partir de l'application numerique vous avez  trouvé la vitesse...?J'ai refais l'exercice et je ne vois pas très bien la réponse...J'ai compris les explications mais c'est ceci qui me gène :

application numérique :
11 = -(1/2).(15/4).t2 + v.t
v / 2 = -(15/4).t + v

de la deuxième équation on tire
t = 2.v/15
en reportant dans la première on trouve v2 = 110 ===> v=10,5m/s

Merci énormement pour votre aide!
*Vero,ica*








Posté par
Coll Moderateur
re : Newton: Dynamique (Vérification de l'exercice) 22-08-07 à 09:48

Bonjour Veronica

Mais oui, j'assure le service après-vente...

t étant l'instant, inconnu, où le bloc se trouve à 11 mètres de l'origine :

du système de deux équations :
x(t) = (1/2).a.t2 + v.t
v(t) = a.t + v

qui s'écrit avec les valeurs numériques :
11 = (1/2).(-15/4).t2 + v.t
(v/2) = (-15/4).t + v

de la deuxième équation on tire :
(15/4).t = v - (v/2) = v/2
t = (v/2).(4/15) = 2.v/15

En reportant cette valeur de t dans la première équation (la valeur de t ne nous intéresse pas, ce que l'on veut est une équation qui donne la valeur de v2 et donc de v)
11 = (1/2).(-15/4).(2.v/15)2 + v.(2.v/15)
11 = (1/2).(-15/4).(4.v2/152) + 2.v2/15
11 = -v2/30 + 2.v2/15 = 3.v2/30 = v2/10
et donc
v2 = 11 10 = 110
v 10,5 m.s-1

Sauf distraction, bien sûr

Posté par
Veronica
re : Newton: Dynamique (Vérification de l'exercice) 22-08-07 à 09:53

Bonjour Coll ,Merci beaucoup ! J'ai compris maintenant
*Veronica*

Posté par
Coll Moderateur
re : Newton: Dynamique (Vérification de l'exercice) 22-08-07 à 09:55

Pour ma part, je t'en prie.
A une prochaine fois !



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