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Niveau maths sup
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Remonte pente Méca Problème

Posté par
Vico33
07-03-19 à 17:16

Déterminer la puissance du moteur d'un téléski.

Données :
-dénivelé : 171 m
-temps de trajet : 3 min      vitesse : 3.66 m/s
-longueur de la ligne : 618 m
-pente moyenne : 36%
-distance séparant deux skieurs : 24 m
-nombre de perches : 50
-puissance du moteur  : 22 kW
-la piste exerce sur les skis une force suivant cette formule T=fN ou T et N sont respectivement les normes de la réaction tangentielle et la normale du support
-f~0,1

Voilà je ne sais pas trop comment partir. J'ai fait un schéma de la situation en assimilant l'ensemble des perches chargées en un seul et même point (25 perches chargées avec 70 kg)
J'y ai appliqué les différentes forces, mais je ne sais pas si la tension du fil est confondue avec la force motrice du moteur ni quel théorème je dois appliquer.

Merci d'avance pour vos suggestions

Posté par
vanoise
re : Remonte pente Méca Problème 07-03-19 à 18:33

Bonsoir
Tu as raison de considérer que seulement 25 perches entraînent un skieur.
Je pense que pour une première approche, tu peux considérer l'ensemble {téléski, skieurs} comme un solide en mouvement de translation rectiligne uniforme par rapport à la terre assimilé à un référentiel galiléen. Cela va revenir à étudier le mouvement le long de la pente d'un solide en translation rectiligne uniforme de masse égale à (50x70kg). La puissance nécessaire est alors la puissance de la force de traction exercée par le fil soit le produit de l'intensité de cette force par la vitesse de translation par rapport à la terre.
Une analyse plus fine devrait prendre en compte l'énergie cinétique communiquée au démarrage à chaque skieur, énergie qui n'est pas restituée lorsque la skieur lâche la perche arrivé en haut. Toutes les (24/3,66)secondes, le remonte pente fournit une énergie cinétique égale à  0,5*70*3,662J.

Posté par
Vico33
re : Remonte pente Méca Problème 07-03-19 à 23:35

Bonsoir. Merci d'avoir répondu aussi rapidement

Si je comprends bien, je dois exprimer l'intensité de la force exercée par le fil sur le système puis le multiplier par la vitesse de déplacement du système ?

Pour l'exprimer, je pense qu'utiliser le principe fondamental de la dynamique doit fonctionner. Cependant, est il possible d'utiliser des théorèmes énergétiques tels que le théorème de la puissance mécanique ou de l'énergie mécanique..?

Quant à la deuxième partie de votre réponse, je pense qu'il serait intéressant de le prendre en compte mais je ne vois vraiment pas comment l'inclure dans le résultat final. Dois-je simplement la transformer en puissance et l'additionner au résultat précédent ?

Bonne soirée, merci de votre réponse

Posté par
vanoise
re : Remonte pente Méca Problème 08-03-19 à 12:16

Comte tenu de l'existence de forces de frottement qui ne sont pas des forces conservatives (forces dérivant d'une énergie potentielle), il est préférable je pense de procéder comme indiqué dans mon premier message.
Je viens de réaliser qu'il manque une donnée pour obtenir la force de frottement : l'angle d'inclinaison de la perche par rapport à la pente.
Tenir compte de l'énergie cinétique acquise par chaque skieur en saisissant la perche revient à fournir une énergie cinétique de 469J toutes les 6,56s, ce qui correspond à une puissance moyenne supplémentaire que doit fournir le moteur égale à 71,5W. A toi de voir si cette puissance est négligeable ou non devant la puissance de la force de traction.

Posté par
Vico33
re : Remonte pente Méca Problème 08-03-19 à 18:41

Bonjour vanoise,

Je ne dispose pas de l'angle d'inclinaison de la perche par rapport à la pente.
Je pense devoir me ramener à l'étude d'un mobile simple sur une pente.
En supposant que la masse de mon mobile reste constante c'est à dire qu'il y a toujours un skieur sur les 25 perches montantes.

Je pensais utiliser un modèle comme présenté sur le schéma car il est précisé que je peux faire certaines hypothèses pour simplifier le problème.

Ainsi vous dites que je dois déterminer la valeur de l'intensité de la force de traction. Mais s'agit-il de la tension du câble ou bien d'une autre force (celle exercée par le moteur) ?

Pour la déterminer dois-je utiliser le Principe Fondamental de la Dynamique (PFD) ou est ce que je dois utiliser une autre méthode complètement différente de celle ci ?

Désolé de vous en demander autant mais je bloque vraiment sur cet exercice.
Merci beaucoup pour votre aide
Bonne soirée

Remonte pente Méca Problème

Posté par
vanoise
re : Remonte pente Méca Problème 08-03-19 à 19:16

Ton modèle suppose la perche parallèle à la ligne de pente, ce qui n'est pas réaliste et de plus, augmente inutilement la force de traction. En effet, dans ton modèle, Rn=P.cos() ; la force de frottement a donc pour intensité :
Rt=f.Rn=f.P.cos()
Avec une perche inclinée de =40° par rapport à la ligne de pente, la valeur de Rn va être nettement plus faible car la tension de la perche a une composante perpendiculaire à la ligne de pente qui 's'oppose au poids et va diminuer Rn donc aussi diminuer Rt.
Tu peux t'inspirer de cette étude même si elle ne correspond pas tout à fait à la tienne.



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