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Physique : puissance d'une force
Bonsoir,
Un TGV circule sur une voie horizontale rectiligne à la vitesse constante v=300km.h-1.
La puissance des roues motrices est P=7500kW.
1) Déterminez la valeur de la résultante des forces motrices supposée parallèle au vecteur vitesse.
2) Quelle est la puissance des forces de frottement ?
3) Déterminez la valeur de la résultante des forces de frottement supposée constante et opposées au vecteur vitesse.
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1) Je pense qu'il faut appliquer le principe d'inertie parce que le TGV roule à vitesse constante, mais je ne comprends pas pourquoi on nous dit que la résultante des forces motrices est supposée parallèle au vecteur vitesse ? Quel est le rapport ?
Merci 
Estelle 
Donc on aurait :
Avec .
Je suis sur la bonne voie ?
Je ne suis pas du tout sûre de moi 
Merci
Estelle
Une autre idée :
Par définition, <=>
.
Comme la résultante des forces motrices est supposée parrallèle au vecteur vitesse, qui est horizontal, on a : .
En considérant 300 km parcouru en 1h, on a : , d'où
.
Est-ce correct ?
Merci
Estelle
j'ai tout oublié sur le sujet mais ta deuxième idée me parait bonne...
et je relance ta question vers le haut!
bon courage!
Comment est-ce possible ?
(Ca a un rapport avec le produit scalaire ? Parce qu'on ne l'a pas encore vu...)
Estelle
Le poids du trains est repris par la réacrion du sol.
Donc la puissance du train est juste là pour compenser les frottements (pénétration dans l'air principalement) puisque la vitesse est constante.
--> |Puissance des forces de frottement| = |Puissance motrice| = 7500 kW
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Puissance = Force * vitesse
300 km/h = 83,3 m/s
7500000 = F * 83,3
F = 90000 N (c'est la valeur des force de frottement) et évidemment aussi la valeur des forces motrices. (elles sont évidemment de sens opposés)
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Sauf distraction.
Mis à part pourquoi Puissance = Force * vitesse, j'ai compris
Merci beaucoup J-P
Merci aussi garnouille et moctar
Je vais essayer de comprendre pourquoi Puissance = Froce * Vitesse...
Estelle
Ah, d'accord, j'avais pris 7500W au lieu de 7500kW.
J'ai bien tout (presque) compris maintenant, merci à vous tous
Estelle
Bonsoir _Estelle_
garnouille m'a demandé de "jeter un œil". Tout est parfait. La formule et sa démonstration proposées par moctar sont la meilleure manière de faire. Et bien sûr les calculs de J-P sont parfaits comme toujours.
Ajoute cette formule (à condition que tu la comprennes bien) dans ta musette. Elle est souvent très utile. En aviation de tourisme par exemple on lutte contre des forces de frottement qui sont proportionnelles au carré de la vitesse. Le résultat est que la puissance motrice nécessaire est proportionnelle au cube de la vitesse.
Plus de question(s) ?
Bonsoir Coll,
Merci de ton intervention
La seule chose que je ne comprends pas maintenant, est pourquoi est-ce qu'on a P = F*V ? Et pourquoi AB/t représente le vecteur vitesse ?
Merci garnouille
Estelle
Je ne comprends pas non plus :
Le poids du trains est repris par la réacrion du sol.
Donc la puissance du train est juste là pour compenser les frottements (pénétration dans l'air principalement) puisque la vitesse est constante.
Le poids du train est repris par la réaction du sol signifie que le poids du train est compensé par la réaction du sol ? Je ne comprends pas le lien entre les deux phrases de J-P, le "donc".
Merci
Estelle
Tu as bien vu pourquoi on s'intéresse à un vecteur vitesse (et donc à un déplacement) parallèle aux forces motrices. 
= 0 et cos() = 1
Le travail des forces motrices est W = F * AB
si AB est le déplacement ; le produit scalaire du vecteur force par le vecteur déplacement se réduit au produit des normes de ces vecteurs.
La puissance P est le quotient du travail par le temps correspondant
Donc si le déplacement AB a eu lieu en t secondes la puissance est
P = (F * AB) / t
et... ceci peut s'écrire
P = F * (AB / t)
Mais AB / t un déplacement divisé par le temps nécessaire à ce déplacement... c'est la vitesse v !
donc
P = F * v
D'accord ?
D'accord
Donc P = F*v avec F la norme de la force et v la vitesse, donc un nombre, et pas v en tant que vecteur vitesse.
C'est bien ça ?
Merci
Estelle
Suppose que le train ne soit pas sur une voie horizontale mais sur une voie qui le fasse monter.
Une composante du poids parallèle à la voie serait orientée vers l'arrière du train et s'ajouterait aux forces de frottement. Lors du déplacement cette composante du poids aurait un travail résistant donc la puissance motrice serait là non seulement pour les seuls frottement mais aussi pour contrer ce travail résistant d'une fraction du poids du train.
A vélo, en voiture, etc. tu ne maintiens pas une vitesse constante en passant du plat en montée sans augmenter la puissance.
Encore des question(s) ? (Tu as raison ; en physique on peut comprendre... enfin jusqu'à un certain point... après quoi on ne sait plus rien 
)
Je réfléchis à ce que tu viens d'écrire et je pose des questions à nouveau si besoin est 
Merci beaucoup de ton aide
Estelle
Cela pourrait être le vecteur vitesse. Nous avons travaillé avec la norme du vecteur vitesse parce que nous sommes dans un cas particulier.
Mais le produit scalaire
est tout à fait autorisé si nécessaire.
D'accord, je comprends mieux.
(Nous n'avons pas encore vu le produit scalaire ).
Après réflexion, je crois que c'est bon.
Merci beaucoup de ton aide
Estelle
Ne te complique pas la vie inutilement.
La relation qu'il faut écrire est le bilan (vectoriel) des forces en jeu.
Toujours (sur Terre) le poids.
Point d'application : le centre de gravité du train
Direction : la verticale
Sens : du haut vers le bas (en profiter pour choisir le sens positif le plus commode sur l'axe vertical en vue des projections ultérieures sur cet axe ; un bon choix permet de ne pas trop s'embêter avec des valeurs négatives)
La réaction du support
direction : la verticale
sens : du bas vers le haut
La force motrice
direction : celle de la voie
sens : vers l'avant
Les forces de frottement
direction : celle de la voie
sens : vers l'arrière
Ensuite, les deux mots les plus importants de l'énoncé :
vitesse constante
et l'application des deux premières lois de Newton dans un référentiel galiléen : la vitesse est constante, donc le mouvement est rectiligne et uniforme, donc la résultante (somme vectorielle) des forces est nulle
C'est le moment de projeter cette égalité vectorielle sur des axes bien choisis. Ici un axe horizontal et un axe vertical constituent le bon choix.
Sur un axe vertical : le poids et la réaction du support (la voie ferrée) : ces deux forces se projettent toutes les deux en vraie grandeur et sont égales et opposées. Ni l'une ni l'autre de ces forces ne travaille puisque toutes deux sont perpendiculaires à la direction du mouvement (
= 90° et cos() = 0)
Sur une axe horizontal : forces motrice et de frottements se projettent également en vraie grandeur et sont égales et opposées.
Ce sont les seules forces qui travaillent puisqu'elles ont une composante selon la direction du mouvement.
Une manière de "sentir" la puissance est de dire que la puissance d'une force est le travail de cette force par seconde.
Je reviens sur la réaction du support :
il aurait été préférable que j'écrive :
direction : la normale au support (la normale à la voie ferrée ici)
sens : vers l'extérieur du support
Puisque ici la voie ferrée est horizontale, la normale à la voie ferrée est la verticale et le sens vers l'extérieur est le sens du bas vers le haut. Mais si le support n'est pas horizontal il n'en est plus ainsi. Et nombreux sont les problèmes (skieur sur une piste, voiture qui monte une côte, objet sur un plan incliné...) où cette remarque prend de l'importance.
A une prochaine fois !
Bonjours!
J'ai aussi cet exercice a faire et je n'arrive toujours pas à faire la question c) sur la valeur de la resultante des forces de frottement : je ne comprend absolument pas à quoi cela correspond
Merci
Tout est dit dans le message du 14-12-06 à 20:22
Les commentaires de Cool sont aussi très instructifs à lire.
Le message indiqué se terminait par :
F = 90000 N (c'est la valeur des forces de frottement) et évidemment aussi la valeur des forces motrices. (elles sont évidemment de sens opposés).
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Le vecteur "forces de frottement" n'est ni nul ni "égal" au vecteur "Force motrice"
Le module (norme) de la force de frottement est le même que celui de la force motrice et est |F| = 90000 N
La direction de la force de frottement est la même que celle de la force motrice.
Les sens de la force de frottement et de la force motrice sont opposés.
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