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Niveau maths sup
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Trajectoire circulaire et accélération

Posté par
Sheeft
11-09-11 à 00:10

Bonsoir à tous,

Je suis en MPSI et j'ai un TD de physique avec notamment l'exercice suivant que je n'arrive pas à résoudre :

"Un pilote de chasse fait un looping. La trajectoire circulaire est située dans un plan vertical. La norme de la vitesse est supposée constante et égale à 1800 km/h.
Sachant que le corps humain ne peut pas supporter une accélération supérieure à 10g, (g = 10 m/s2) calculer le rayon minimal que le pilote peut donner à la trajectoire."

Donc, pour commencer, j'ai choisi de travailler avec les coordonnées polaires, avec pour origine le centre du cercle ainsi formé et pour rayon r. Je prends aussi la base (\vec{e_r}; \vec{e_{\theta}})
La trajectoire étant circulaire, on peut donc affirmer que r est constant.

Ensuite, je pose M étant le position du pilote, on a :
\vec{OM} = r\vec{e_r} donc \vec{v}(M) = r\theta^{°}\vec{e_{\theta}} et enfin \vec{a}(M) = r\theta^{°°}\vec{e_{\theta}} - r\theta^{°2}\vec{e_r}.

On a ensuite la vitesse angulaire \omega = \theta^° = \frac{v}{r} et \frac{d\omega}{dt} = \frac{1}{r}.\frac{dv}{dt} = \frac{a}{r}.

On a donc \vec{a} = a\vec{e_{\theta}} - \frac{v^2}{r}\vec{e_r}.

Le problème, c'est que je ne sais pas comment obtenir a ensuite…
J'ai pensé au carré pour éliminer les vecteurs, mais l'équation du second degré qui arrive ensuite ne donne pas de résultat simple… Et du coup, cela ne paraît pas franchement exploitable.

Quelqu'un pourrait-il m'indiquer déjà si mon raisonnement est bon jusque là, et ce qu'il me manque pour atteindre la solution ? Merci beaucoup d'avance !

(Quand je met ° c'est pour dire 'point', c'est à dire \theta^° = \frac{d\theta}{dt})

Posté par
JED
avion 11-09-11 à 10:03

Bonjour,

a est l'accélération normale, elle ne doit pas dépasser 10g.

JED.

Posté par
Sheeft
re : Trajectoire circulaire et accélération 11-09-11 à 10:16

Oui je sais, mais je ne sais pas comment calculer a en fonction du rayon pour déterminer le rayon minimal… Les vecteurs me gênent.

Posté par
JED
avion 11-09-11 à 10:36

Bonjour,
Vous pouvez écrire que v^2/r < ou= à 10g .,d'où r minimal.

   JED.

Posté par
Sheeft
re : Trajectoire circulaire et accélération 11-09-11 à 10:44

Bonjour,

Vous voulez dire que a = v2/r ?

J'ai du mal à déterminer la norme d'un vecteur en coordonnées polaires à vrai dire…
Ce que j'ai écrit dans mon premier message est correct ?

Merci.

Posté par
JED
avion 11-09-11 à 12:45

L'avion est animé d'un mouvement circulaire uniforme.

L'accélération tangentielle est nulle (vitesse constante).

Il y a seulement une accélération normale (dirigée vers le centre de la trajectoire)   a = v^2/r

Ces idées suffisent pour répondre à la question posée.    JED.

Posté par
Sheeft
re : Trajectoire circulaire et accélération 11-09-11 à 13:56

Ah, donc \vec{a} = - \frac{v^2}{r}.\vec{e_r} ?

J'ai donc fait une erreur dans mon raisonnement plus haut ?

C'est vrai que l'accélération tangentielle me paraît évidemment nulle, mais comme on l'a pas dit en cours…

Posté par
JED
avion 11-09-11 à 18:20

Bonsoir,

Vous pouvez exprimer les différents vecteurs en coordonnées polaires.
C'est bien mais il y a plus court, v =cte  donc at =0 et an = v^2/r.

JED.

Posté par
Sheeft
re : Trajectoire circulaire et accélération 11-09-11 à 18:50

Merci, mais je ne sais pas si je peux vraiment l'affirmer étant donné que cela n'a pas été explicitement dit dans mon cours, je ne peux pas faire de raccourci je pense…



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