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Niveau maths sup
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Th de l'Ec, tension d'un fil extensible, mvt non rectilgne.

Posté par
CrowPg
14-02-10 à 16:20

Bonjour,

Tout d'abord, je suis désolé pour les abréviations dans le titre, mais je voulais faire apparaître les trois informations principales dans un soucis de clarté.

Voilà mon problème : je souhaite appliquer le théorème de l'énergie cinétique à un système M de masse m. Ce système est attaché à un fil extensible et posé sur une table. On fait s'enrouler le fil autour d'un cylindre. Le mouvement de M est donc non rectiligne.

Pour appliquer le théorème de l'énergie cinétique, je me suis donc lancé dans le calcul des travaux de chaque force. M glissant sans frottement, aucun problème pour la réaction du support, ni pour le poids d'ailleurs.
En revanche, pour ce qui est de la tension du ressort ... Je reste perplexe. Comment calculer le travail d'une force non constante lors du déplacement, et ainsi appliquer le théorème de l'énergie cinétique ?

Je remercie par avance tous ceux qui se pencheront sur mon problème.

Posté par
donaldos
re : Th de l'Ec, tension d'un fil extensible, mvt non rectilgne. 14-02-10 à 19:52

Il faudrait préciser un peu la configuration. Un schéma ne serait pas malvenu.

Le calcul du travail de la force élastique ne pose pas de problème a priori. On a toujours le travail élémentaire correspondant à un déplacement {\rm d}\vec{r} qui est donné par \delta W=\vec{F}.{\rm d}\vec{r}.

Posté par
CrowPg
re : Th de l'Ec, tension d'un fil extensible, mvt non rectilgne. 15-02-10 à 19:13

Merci. Néanmoins je ne connais pas le travail élémentaire, et bien que comprenant cet outil, je ne peux l'employer.

Je ne peux poster de schéma, mais je vais tenter de décrire sommairement la chose.

On a un cylindre de rayon R. On y attache l'extrémité d'un fil "parfaitement flexible" (j'ignore comment interpréter cela ; il est dit plus loin que le fil est inextensible). A l'autre extrémité du fil se trouve une particule matérielle M de masse m qui glisse sans frottement. La partie non enroulée du fil est tendue. On communique une vitesse perpendiculaire à la direction du fil et horizontale. Le fil reste tendu au cours du mouvement.

Le schéma donne quelque chose comme ça :

Soit un cercle de centre O et de rayon R. Le repère cartésien associé : (Ox,Oy) (L'axe Oz est orienté vers le haut, mais il n'est pas nécessaire dans la description de ce mouvement).
Soit I0 sur le cercle, et un segment [I0M(t=0)] de longueur l0 perpendiculaire à (OI0).
Le vecteur v0 est orthogonal au segment [I0M(t=0)]. M(t=0) est son point d'application. On l'oriente vers la droite.
Soit I sur C et I≠I0. Le segment [IM(t)] est perpendiculaire à (OI), et l'angle est orienté : = (OI0;OI).

On a donc là un déplacement de M depuis M(t=0) à M(t). Je n'arrive pas à appliquer le théorème de l'énergie cinétique à ce déplacement. Je précise que je dois démontrer que la norme de la vitesse est constante en utilisant le théorème. J'avais pour idée de montrer que la somme des travaux de chaque force était nulle.

Merci encore à tous ceux qui se pencheront sur mon problème. Je tâcherai de poster un schéma dès que possible. (Peut-être demain.)

Posté par
donaldos
re : Th de l'Ec, tension d'un fil extensible, mvt non rectilgne. 15-02-10 à 19:55

Si je comprends bien la configuration, ce doit être assez simple puisque l'on doit pouvoir montrer que tous les efforts susceptibles de s'exercer sur le mobile sont normaux à la trajectoire, si bien que leur travail est toujours nul.

Posté par
CrowPg
re : Th de l'Ec, tension d'un fil extensible, mvt non rectilgne. 16-02-10 à 20:34

Donc, dire que la tension du fil est orthogonale à la trajectoire suffirait à montrer que son travail est nul. Il n'est pas nécessaire de passer par le segment [M(t=0)M]. Je pense avoir saisi. Merci beaucoup. Je poste quand même le schéma, puisque je viens de le faire. =)

Th de l\'Ec, tension d\'un fil extensible, mvt non rectilgne.

Posté par
donaldos
re : Th de l'Ec, tension d'un fil extensible, mvt non rectilgne. 16-02-10 à 21:04

Encore faut-il montrer que la tension est bien tangente à la trajectoire. Mais cela se fait assez facilement en calculant {\rm d}\vec{OA}.

On vérifie en effet que le travail élémentaire correspondant à ce déplacement élémentaire du point A est nul : \delta W=\vec{T}.{\rm d}\vec{OA}=0.



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