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SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique,

Posté par
fred94
20-12-10 à 09:41

Bonjour, je suis Fred94.
Je viens de poster un exercice de chimie qui me pose problème dans un autre topic ("Un tableau d'avancement différent des autres. . . SOS!").
Un exercice de physique me pose désormais problème... Le voici.

Un corps A de poids 3.0 N repose sans frottements sur un plan incliné d'un angle = 30° avec l'horizontale. Ce corps est maintenu sur le plan incliné par l'intermédiaire d'un ressort faisant un angle = 30° avec la ligne de plus grande pente du plan.

1) Faire un bilan des forces s'exerçant sur A
2) Quelle relation y a-t-il entre ces forces? justifier.
3) En déduire l'intensité de la force exercée par le ressort en s'aidant d'une représentation graphique à l'échelle.
4) Répondre à la même question en faisant la résolution analytique, c'est-à-dire en projetant les forces sur un système d'axes judicieusement choisi. Vous veillerez à rédiger correctement et à n'omettre aucune partie de la démonstration...
5) En supposant que l'allongement du ressort soit de 3cm, qu'elle est la constante de raideur de celui-ci.

Voici mon raisonnement:
1) Bilan des forces:
Poids P
Réaction au support R
Tension T
Reaction normale

2) Le corps repose sur le plan incliné, donc, il est en état de repos. Ainsi, le principe d'inertie s'applique. Donc, on a: P + R + T + RN = 0

3) alors la... SOS!

4) re SOS...

5) On utilise ici T = m*g je pense.

Merci de m'apporter votre aide...

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 20-12-10 à 12:55

Bonjour

1) Il y a bien le poids, la force de rappel du ressort et la réaction R du sol (n'est-ce pas la meme que la réaction normale d'après toi ???). Quelles sont leurs caractéristiques ?

2) oui très bien...sauf que R et RN c'est la meme force !!!

3) Fais d'abord un beau schéma de la situation en prenant comme échelle : 1cm = 3N et en tracant les angles au rapporteur. Ensuite il faut que tu additionnes les vecteurs tracés ! Pour cela tu prends par exemple le vecteur P et tu retraces à partir de sa pointe le vecteur R. Puisque tu as dis que P+R+T=0 on va donc former au final un triangle ! Tu n'as plus qu'à tracer T, à mesurer sa longueur et à en déduire la valeur de la force T !

Pour résumer je te donne un exemple avec 3 vecteurs quelconques :

SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique,

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 20-12-10 à 19:05

Bonsoir! Merci de votre réponse! Je reprends donc...

1) Bilan des forces:
Poids P (P= m*g)
Réaction au support (R = Rn + Rt)
Tension (T = k*l ou T= m*g)

2) Je reprends la même chose en enlevant Rn de l'équation.

3)Alors la.. Je ne comprends pas tout...

Pour R: je prends quoi comme valeur? Malgré le principe d'inertie, P+R0 Donc la norme du vecR est différente de 3N ?

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 20-12-10 à 19:25

1) Quelles sont les caractéristiques de ces forces (direction, sens et norme) ?

Peux tu insérer ton schéma dans ton prochain message stp ? (Utilise pour cela l'icone "Img" situé en bas de l a fenetre de message)

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 20-12-10 à 21:32

d'accord..

Le poids:
dir: verticale
sens: vers le centre de la terre
norme: P = m*g
Point d'application: centre de gravité

La réaction au support:
dir: verticale
sens: opposée au centre de la Terre
norme: R= Rt+ Rn = Rn
pt: centre de la surface de contact

La tension:
dir: celle du ressort
sens 1: vers l'intérieur du ressort lorsque celui ci est étiré
sens 2: vers l'extérieur du ressort lorsque celui ci est comprimé
normes: T = k* ^L ou T = m*g
point d'application: point qui relie le ressort au système.

voila.. c"est juste? =)

Pour le schéma... je le fais comment? Sur paint? je ne peux pas expliquer comment je fais plutôt?

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 21-12-10 à 12:18

Pour le poids et la tension du ressort c'est juste ! En revanche pour la réaction du support non !

Citation :
dir: verticale
sens: opposée au centre de la Terre
norme: R= Rt+ Rn = Rn
NON ! c'est faux ca !!! Attention la piste est inclinée d'un angle de 30° !!!!!

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 22-12-10 à 11:25

Excusez-moi...

dir: perpendiculaire a la piste
sens: vers le haut
norme: (sachant que Rt = 0 on a ) Rn = R ... non?
pt: centre de la surface de contact.

c'est mieux?

Voici mon premier schéma...

Le problème c'est qu'après avoir placé le poids, franchement, je ne sais comment placer la réaction au support... (c'est Rn, mais pour la norme?)

SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique,

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 22-12-10 à 19:35

Au sommet de la fleche de P tu traces une droite perpendiculaire a la pente.  Tu prolonges la droite portant le vecteur T. Tes 2 droites se coupent en un point qui sera en fait la pointe du vecteur R.

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 24-12-10 à 10:59

J'ai prolongé les droites...

Voici ce que ca me donne.. Ca semble bon? (le vecteur T me semble vraiment petit . . . )

Mon schéma:

SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique,

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 24-12-10 à 11:27

Pour la droite violette c'est bon mais pour la droite bleu-clair ce n'est pas à cet endroit que je voulais que tu l'as traces...

Garde en tete qu'il faut que les 3 vecteurs forment un triangle (car la somme de ces vecteurs est nulle) : voir schéma du message du 20-12-10 à 12:55

Donc il faut que la pointe du vecteur T rejoigne le centre de gravité O du solide (le point de départ du vecteur P) !

SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique,

Ca forme bien un triangle !!

OK?

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 27-12-10 à 11:30

Ah d'accord... Désolé.

Je refais un schéma. (voir fin de message)

est-il juste?

SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique,

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 27-12-10 à 21:55

Voila! Tu as compris ! Mais attention de respecter ton echelle pour les longueurs! Je vois que tu as change...

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 28-12-10 à 10:31

Oui j'ai changé car on voyait mal pour 1 cm = 3N

Donc pour la question 3 : je présente cette représentation graphique et j'en déduis par lecture graphique que T 1.5 cm donc 1.5 N.
Ainsi, la force exercée par le ressort sur le mobile est de 1.5N

oui?

4) pour les axes, je peine à les placer et à n'oublier aucune partie de la démonstration... Je ferais ceci:

Je prends l'axe des abscisses sur T et l'axe des ordonnées sur P.
Je prends ||T|| = 1 pour l'axe des absicesses et || P || = 1 pour l'axe des ordonnées.

De là, pour la résolution analytique... je suis bloqué...

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 28-12-10 à 10:56

J'ai plutôt 1,8 N donc, je remplace 1,5 par 1,8 N...

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 28-12-10 à 13:00

3) attends quelle échelle as tu pris finalement ?

4) Voici les axes qu'il faut placer :

SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique,

A toi de jouer maintenant !

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 28-12-10 à 19:44

J'ai pris 1 cm = 1N (c'est plus lisible que 1cm = 3N) c'est bon ou non?

4) Pourquoi ces axes en particulier?
Nous avons effectué une résolution analytique de ce genre en cours (que je n'ai pas comprise....) et mon professeur m'a fait placer des axes sur deux des vecteurs pour "supprimer des coordonnées" (selon lui)...

Je n'ai pas compris la méthode de résolution...

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 28-12-10 à 20:00

Ok donc 1cm 1N oui ca me va !

4)

Citation :
Pourquoi ces axes en particulier?
Nous avons effectué une résolution analytique de ce genre en cours (que je n'ai pas comprise....) et mon professeur m'a fait placer des axes sur deux des vecteurs pour "supprimer des coordonnées" (selon lui)...
On place ces axes comme ceci pour pouvoir projeter les vecteurs dessus. J'ai pris au moins un axe dans la meme direction qu'un vecteur (ici j'ai pris comme référence le vecteur R). J'ai également pris le vecteur qui lui est perpendiculaire et qui est dans le meme sens que le vecteur T.

Mais en cours il devait y avoir deux vecteurs perpendiculaires entre eux non (exemple le vecteur R et le vecteur de la force de frottements). Dans ce cas on place les axes dans la meme direction que ces 2 vecteurs là (plus facile pour les calculs ensuite...) !!!

OK?

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 28-12-10 à 20:04

Oui effectivement! c'est exactement ça...

Donc à partir de là, comment faire? Je dis les coordonnées des trois vecteurs par rapport à l'origine du repère?

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 28-12-10 à 20:04

Pour projeter un vecteur voici la méthode :

SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique,

Ca donne donc ici : \vec{Pz} = \vec{P}sin

OK?

Tu n'as plus maintenant qu'à projeter les 3 vecteurs d'abord sur l'axe Ox puis ensuite sur l'axe Oy. Détaille bien tes calculs pour chaque cas !

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 28-12-10 à 20:13

D'accord... Je veux bien commencer juste pour T [c'est le seul demandé en fait...]  (et ressemblant à l'exemple).

On a: T (Xt; Yt)

On a: Xt = vectT * cos

On a: Yt = vectT * sin

... je pense...

Mais après, pour les calculs, ça se gâte.

On a: Xt = 1,8 * cos30 = 1.55
et: Yt = 1,8 * sin30 = 0.9

C'est faux, non?

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 29-12-10 à 11:44

Citation :
On a: T (Xt; Yt)
On a: Xt = vectT * cos
On a: Yt = vectT * sin
Oui ! Mais attention : ce n'est pas mais (d'accord c'est le meme mais ca ne sera pas toujours le cas dans les exos...)
Au lieu de cette écriture mathématique on privilégiera plutot cette écriture là (c'est toujours le combat entre physicien et mathématicien où chacun veut privilégier SON écriture !!!!) :
Sur l'axe Ox on a : Tx = Tcos
Sur l'axe Oy on a : Ty = Tsin

Citation :
Mais après, pour les calculs, ça se gâte.
On a: Xt = 1,8 * cos30 = 1.55
et: Yt = 1,8 * sin30 = 0.9
C'est faux, non?
Pour les calculs, tu ne dois pas utiliser ce que tu as trouvé à la question 2!!! Il faut justement que tu retrouves ce résultat !!
On est donc obligé ici de projeter les 3 vecteurs sur l'axe Ox et sur l'axe Oy et d'utiliser la 1ere de Newton !!!

Aller au boulot !!!

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 29-12-10 à 12:42

Ah d'accord! Merci...

Donc en fait, je dis que:

T (Tx; Ty) + R (Rx; Ry) + P (Px; Py) = 0
T (Tx; Ty) = -R (Rx;Ry) - P (Px; Py)

non?

De plus, je ne comprends pas comment utiliser "T" danx Tx = T*cos par exemple...

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 29-12-10 à 13:22

oulah attends ! Pour ne pas s'embrouiller avec les coordonnées, écris plutot :

Sur l'axe Ox : Tx-Px+Rx=0
Sur l'axe Oy : Ty-Py+Ry=0

Ca donne quoi alors ?

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 29-12-10 à 19:50

D'accord.

Sur l'axe Ox on a: Tx- Px + Rx =0 donc Tx = Px - Rx
Sur l'axe Oy on a: Ty -Py + Ry =0 donc Ty = Py - Ry

Mais ensuite que fait-on..?

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 29-12-10 à 21:08

Remplace Px,Rx,Tx,Py,Ry et Ty par leur expression !

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 29-12-10 à 21:27

Px = P * cos30°
Py = P * sin30°

Rx = R * cos30°
Ry = R * sin30°

Tx = T* cos30°
Ty = T * sin30°

Non?

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 30-12-10 à 10:47

Il me semble que c'est :
Px = P*sin
Py = P*cos

Le vecteur R fait-il un angle avec l'axe Ox ? avec l'axe Oy ? Donc que valent Rx et Ry ?

Tx = T*cos oui !
Ty = T*sin oui !

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 30-12-10 à 11:00

Bonjour!

Arg, désolé pour P...

Pour T, c'est déjà ca!

Pour R...

R ne fait pas d'angle avec Oy, mais un angle de 90° avec Ox. non?

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 30-12-10 à 11:54

Tout a fait !

Donc en projetant le vecteur R sur Oy on obtient quoi (Ry vaut quoi?) ?
En projetant le vecteur R sur Ox on a donc : Rx=...?

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 30-12-10 à 11:57

Ry = 0 car cos 90° = 0

Rx = R non?

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 30-12-10 à 12:16

Et non ! C'est le contraire !

Lorsque tu projettes R sur l'axe Oy, le vecteur est confondu avec cet axe.
Lorsque tu projettes R sur l'axe Ox, le vecteur ne possède aucune composante suivant cet axe.
Donc Ry=R et Rx=0 !!!!

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 30-12-10 à 12:54

Ah mince...

A partir de là, on fait une équation?

Tx - Px + Rx = 0

donc Tx = Px - Rx
        = (P x sin) - 0
        = P x sin30°

(comment fait-on après?)
et

Ty -Py+ Ry = 0

donc Ty = Py - Ry
        = (P x cos)- R
(comment fait-on après?)

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 02-01-11 à 10:55

S'il vous plait, mon DM est pour demain...

Aidez-moi!

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 02-01-11 à 11:41

Me revoilou !

Je n'étais plus très dispo désolé !

Donc tu as obtenu une expression de Tx. Tu peux donc en déduire sa valeur.
Or on a dit que Tx=T*cos !
Donc ?

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 02-01-11 à 11:45

Meilleurs voeux =)

alors

Tx = T x cos et Tx = P * sin30

donc = > T *cos30 - (P * sin30)

Non?

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 02-01-11 à 11:54

oui mais ca ne nous avance pas beaucoup...

Tu sais que : T*cos=P*sin
Donc T=... c'est plus simple non ?

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 02-01-11 à 11:59

T = Psin30 / cos30
T = 3*sin30 / cos30
T = 3

?

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 02-01-11 à 12:09

oui voila : T=1,73N !! Tu avais trouvé 1,5 précédemment... bon peut etre des erreurs de lecture !

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 02-01-11 à 12:10

C'était 1,8 ! Je m'étais relu!

Par contre, pourquoi ne prend-on pas T y?

Parce que la, on ne prend que Tx non?

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 02-01-11 à 12:14

Oui mais si on prenait Ty on serait coincer par R que l'on ne connait pas...

Je t'ai fais projeter sur les 2 axes pour que l'on ait 2 équations. En les développant on a vu que seule celle issue des projections sur l'axe Ox pouvait etre exploitée (car elle ne comportait que des valeurs connues : P et l'angle !!!).

C'est un raisonnement classique mais efficace (enfin je pense) !!

OK?

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 02-01-11 à 12:29

Très bien, je comprends! =) Merci beaucoup!

Juste une question!

Pour la question 5

(en supposant que l'allongement du ressort soit de 3 cm, quelle est la constante de raideur de celui ci?)

> On a : T = 1.73N et l = 3 cm = 0.03 m

On a: K = T / l (vient de T = k * l)

Donc:

K = 1.73/ 0.03 ) 57,7 N/m

est-ce juste?

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 02-01-11 à 12:31

Tout a fait bravo !!

C'est bon pour l'ensemble de l'exo tu as bien compris ?
Il faut s'entrainer sur ce genre de truc ! Ce n'est pas compliqué mais il y a des réflexes à acquérir !

Bonne année et meilleurs voeux !!!

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 02-01-11 à 12:59

Merci beaucoup Lulu!

Par contre... On me met dans la question 4 : "Vus veillerez à rédiger correctement et à n'omettre aucune partie de la démonstration..."

Je la fais dans quel ordre?

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 02-01-11 à 13:19

Dans l'ordre dans lequel on l'a fait !!

- Dessine un beau schéma en projetant les vecteurs sur Ox et Oy.
- Donne les expression des projetés.
- Grace à la loi de Newton déduis-en Tx puis T !

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 02-01-11 à 13:28

D'accord, très bien =)

Je fais du zèle en écrivant P, R? ou non?

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 02-01-11 à 18:58

pardon ? no comprendo !

Posté par
fred94
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 02-01-11 à 21:12

Pour Px, Py, Ry, Rx, je les écris même si ce n'est pas demandé?

Posté par
lulu3324
re : SOS! un exercice de physique avec une résolution graphique, 02-01-11 à 22:37

mais oui bien sur !!!



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