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Niveau seconde
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Tension d'une corde

Posté par
Bouli20
14-08-17 à 08:12

Bonjour,
Quelqu'un pourrait-il m'expliquer comment doit-on raisonner et quelle formule doit-on utiliser pour résoudre ce genre d'exercice svp ?

Question 1 :  Si m1=3kg   m2 = 2kg et F = 15N
Quelle est la grandeur de la tension dans la corde ?

Tension d\'une corde

Posté par
odbugt1
re : Tension d'une corde 14-08-17 à 08:45

Bonjour,

1) Tu appliques la 2e loi de Newton au véhicule 1. Tu obtiens une relation (1)
2)Tu appliques la 2e loi de Newton au véhicule 2. Tu obtiens une relation (2)
3) Tu résous le système d'équation (1) et (2)

Posté par
odbugt1
re : Tension d'une corde 14-08-17 à 09:09

Remarque: L'énoncé n'évoque pas clairement la masse de la corde.  La méthode que j'ai exposée suppose qu'elle peut être négligée devant la masse des véhicules.

Posté par
Bouli20
re : Tension d'une corde 14-08-17 à 17:28

Pour le premier véhicule j'ai donc :

F ext =ma
Vu que les forces qui s'appliquent au véhicule sont le poids et la force qu'on apporte à la corde.
P + F = ma
m * g + F =ma
Mon raisonnement est-il juste ?

Posté par
odbugt1
re : Tension d'une corde 14-08-17 à 18:01

Bonsoir,

Tu as "zappé" la moitié des forces qui s'exercent sur le véhicule "bleu" :
Il y a en tout (si on néglige les frottements divers et variés) 4 forces :
La force motrice \vec F,
Le poids\vec P du véhicule,
La réaction \vec R du sol,
La tension \vec T de la corde.

C'est (d'après la 2ème loi de Newton) la somme vectorielle de ces quatre forces qui est égale à m2 \vec a

Tension d\'une corde

Posté par
Bouli20
re : Tension d'une corde 14-08-17 à 18:08

Mais du coup on prend en compte uniquement le poids et la force motrice ?

Cette relation est-elle correcte pour le véhicule rouge ?
m * g + F =ma

Posté par
odbugt1
re : Tension d'une corde 14-08-17 à 19:16

Non.
La méthode, très classique est la suivante :
a) On choisit le système étudié : Ici le véhicule "bleu"
b) On choisit un référentiel adapté muni d'un repère Ox,Oy : Ici ce sera un référentiel terrestre. L'axe Ox est déjà sur la figure, l'axe Oy moins utile dans cet exercice est perpendiculaire à Ox et dirigé vers le haut.
c) On recherche toutes les forces extérieures non négligeables qui s'exercent sur le système étudié, sans en oublier, sans en inventer. En pratique, tout ce qui est en contact avec le système exerce une force extérieure et si le système se trouve sur la Terre, son poids est aussi une force extérieure à prendre en compte.
Pour chacune de ces forces on rassemble le maximum de renseignements possibles (direction, sens, valeur ...)
Ici quatre forces interviennent. Elles sont toutes à prendre en compte.
1)La force motrice \vec F,
2)Le poids\vec P du véhicule,
3)La réaction \vec R du sol,
4)La tension \vec T de la corde.

d) On applique la 2ème loi de Newton :
\vec F + \vec P + \vec T + \vec R = m_2.\vec a
On obtient une relation vectorielle qu'il va falloir transformer en relation algébrique.
Pour cela :

e) On fait deux projections de cette relation vectorielle sur les axex choisis :
Ici sur l'axe Ox : F + 0 - T + 0 = m2.a donc F - T = m2.a
Sur l'axe Oy : 0 - P + 0 + R = 0 donc P = R

C'est terminé pour le véhicule "bleu"
Si le problème n'a pas d'autres questions que le calcul de T, il est vrai que la projection sur l'axe Oy ne servira pas et donc que les forces \vec P\,et\; \vec R n'interviendront pas. Ce n'est pas une raison pour les écarter d'emblée.

Il te faut recommencer tout cela pour l'autre véhicule.
Tu obtiendras de nouveau 2 relations (dont une seule vraiment utile)

En combinant les relations obtenues pour chaque véhicule tu obtiendras un système de deux équations à deux inconnues ( T et a ) et tu pourras donc répondre  à la question posée en éliminant a entre les deux relations.

Posté par
Bouli20
re : Tension d'une corde 14-08-17 à 20:11

a)Le système étudié est le véhicule rouge.
b)Référentiel:  terrestre
c)Forces intervenants :
   1)Poids du système
   2)Tension de la corde
   3)Réaction du sol
   4)Force motrice

d)P + T + R + F = m1 * a

Jusque là est ce correct ?

Posté par
odbugt1
re : Tension d'une corde 14-08-17 à 20:21

Citation :
Jusque là est ce correct ?

Presque ....

Citation :
a)Le système étudié est le véhicule rouge.
b)Référentiel:  terrestre Oui, on lui attache un repère (Ox,Oy) comme précédemment.
c)Forces intervenants :
   1)Poids du système Oui
   2)Tension de la corde : Oui
   3)Réaction du sol : Oui
   4)Force motrice  : Non ! Cette force s'exerce sur le véhicule bleu, pas sur le rouge !

Posté par
Bouli20
re : Tension d'une corde 14-08-17 à 20:39

Cette force permet de faire avancer le véhicule bleu?
Du coup ne permet-elle pas de faire aussi avancer le véhicule rouge ?

Posté par
odbugt1
re : Tension d'une corde 14-08-17 à 21:09

Citation :
Cette force permet de faire avancer le véhicule bleu?
Oui, c'est une donnée de l'énoncé.

Du coup ne permet-elle pas de faire aussi avancer le véhicule rouge ?

Non. C'est la corde qui "tire" le véhicule rouge qui le fait avancer.
Bien entendu, sans l'existence de la force qui s'exerce sur le véhicule bleu, la corde ne serait pas tendue et le véhicule rouge n'avancerait pas, mais du point de vue de la physique c'est la corde qui étant en  contact avec le véhicule rouge exerce une force sur lui.

Pour faire sans erreurs le bilan des forces qui s'exercent sur un système on peut :
- Rechercher tout ce qui est en contact avec lui. Tout corps en contact avec le système étudié exerce nécessairement une force sur lui. Attention certaines de ces forces de contact peuvent être négligeables
( Poussée d'Archimède exercée par l'air par exemple)
- Exclure toute action d'un système qui n'est pas en contact avec le système étudié à l'exception notable de l'action gravitationnelle (Poids en particulier) , d'éventuelles actions magnétiques ou électriques qui s'exercent effectivement à distance

Posté par
Bouli20
re : Tension d'une corde 16-08-17 à 07:56

Bonjour,

J'ai compris vos explications.
Donc pour le véhicule rouge j'ai donc:

P + T +R = m1a
Ox : 0 + T + 0 = m1a   R = P

J'ai donc T = m1a
et T= F -(m2a)

Je dois supprimer a juste en utilisant ces deux relations ?

Tension d\'une corde

Posté par
odbugt1
re : Tension d'une corde 16-08-17 à 08:38

Bonjour,

Citation :
Je dois supprimer a juste en utilisant ces deux relations ?


Oui.
Il aurait été plus rigoureux d'utiliser \vec{P'},\vec{R'},\vec{T'} plutôt que \vec{P},\vec{R},\vec{T} au vu de ce qui a été déjà utilisé pour l'autre véhicule.

\vec{T'}\neq\vec{T} car ces deux forces n'ont pas le même sens, mais au bout du compte la corde restant tendue on a bien T'=T et les deux équations que tu as écrites sont donc exactes.

Tu as maintenant un système de deux équations à deux inconnues (T et a) à résoudre et puisque la question porte sur T, il est judicieux d'éliminer a :

\begin{cases}a= \dfrac{T}{m_1} \\\\a=\dfrac{F-T}{m_2} \end{cases}

Posté par
Bouli20
re : Tension d'une corde 20-08-17 à 14:06

Bonjour,  excusez moi pour l'attente.

J'en arrive donc à ça :
T/ m1 = (F - T) / m2

et donc j'en arrive à :
T = (F * m1) / (m2 + m1)

Est ce juste ?

Je pense avoir compris la méthode, je reposterai peut être si j'ai encore des problèmes, mais merci à vous pour votre aide et vos explications, elles étaient très claires et encore désolé pour le retard.

Posté par
odbugt1
re : Tension d'une corde 20-08-17 à 14:19

Oui, c'est exact.

Remarque :
On aurait pu aussi choisir, en premier lieu, pour système l'ensemble (Véhicule bleu + corde + Véhicule rouge)
Les forces extérieures sont alors:

\large\vec P,\;\vec P',\;\vec R,\;\vec R',\;\vec F

et la 2e loi de Newton s'écrit :

 \large\vec P+\vec P'+\vec R+\vec R'+\vec F=(m_1+m_2)\vec a

La projection de cette relation sur Ox est :
F = (m1 + m2) a

\large a=\dfrac{F}{m_1+m_2}

On considère ensuite comme système soit le véhicule rouge (de préférence), soit le bleu et on obtient comme précédemment 2 équations à 2 inconnues qu'il suffit de résoudre.

Par exemple avec le véhicule rouge :

\large T=m_1.a= \dfrac{m_1.F}{m_1+m_2}

Posté par
Bouli20
re : Tension d'une corde 21-08-17 à 19:55

Je comprends.

Cela dit j'ai une question, lorsqu'on a établis les projections, Oy vaut 0 car l'objet ne décolle pas du sol ?

Posté par
odbugt1
re : Tension d'une corde 21-08-17 à 20:34

Citation :
Cela dit j'ai une question, lorsqu'on a établis les projections, Oy vaut 0 car l'objet ne décolle pas du sol ?

Je ne comprends pas ce que tu désignes par Oy ....


Les forces \vec F,\vec T,\vec T' ont  une direction horizontale, donc leurs composantes verticales sont nulles
A l'inverse les forces \vec R,\vec R',\vec P,\vec P' ont une direction verticale et c'est donc  leurs composantes horizontales qui sont nulles.
Le vecteur accélération \vec a même direction que celui du mouvement. Sa composante verticale est donc nulle.

Posté par
Bouli20
re : Tension d'une corde 22-08-17 à 07:43

Lorsqu'on a dit ça :

Sur l'axe Oy : 0 - P + 0 + R = 0

On écrit que la somme est égale à 0 car l'objet ne décolle pas du sol?  Si on était dans un cas où l'objet évoluerait en hauteur vaudrait-il 0 ?

Posté par
odbugt1
re : Tension d'une corde 22-08-17 à 08:51

Oui, on peut le voir de cette manière.

Une analyse plus "physique" consiste à revenir à la deuxième loi de Newton :

\large \sum \vec F_{ext} = m.\vec a

qui a pour conséquence que le vecteur accélération a même direction ( et même sens ) que la résultante des forces appliquées au système.

Posté par
odbugt1
re : Tension d'une corde 22-08-17 à 09:15

Ou bien ( Ce sera peut être plus clair)

Au lieu d'écrire directement :

Citation :
Sur l'axe Oy : 0 - P + 0 + R = 0

On écrit :
0 - P + 0 + R = m.ay
ay : projection du vecteur accélération sur l'axe Oy
Le mouvement étant rectiligne, le vecteur accélération a même direction (ici horizontale) que la trajectoire donc ay =0
Et donc : 0 - P + 0 + R = 0

Posté par
Bouli20
re : Tension d'une corde 23-08-17 à 15:30

D'accord, j'ai compris.

Merci à vous.



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