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Niveau première
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Travail d'une force

Posté par
Skooz
24-01-11 à 18:58

Bonsoir à tous, j'ai un petit exercice sur le travail des forces.
J'ai très bien compris le cours et tout ce qui va avec mais je comprends pas un truc sur cet exercice :

Citation :
Les dix volumes d'une encyclopédie ont chacun pour masse m= 2,40kg et pour épaisseur e= 8,0cm.
Leurs pages sont au format 30cm x 24cm. Ils sont posés à plat les uns à côté des autres sur un bureau.

a. Calculer le travail des forces de pesanteur lorsqu'on les empile les uns sur les autres.
b. Calculer le travail des forces de pesanteur lorsqu'on les range verticalement les uns à côté des autres.


Pour la a. je comprends pas trop car, appelons X l'ensemble des encyclopédies, je dois utiliser la formule W(F)= mg(za-zb) mais sauf que X ne se déplace pas...
De même pour le b, dans les deux cas X ne se déplace, il n'y a donc pas de travail non ?

Posté par
Skooz
re : Travail d'une force 25-01-11 à 16:48

Personne ne saurait s'il vous plais ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail d'une force 25-01-11 à 17:46

Bonjour,

Initialement les volumes :

Citation :
sont posés à plat les uns à côté des autres

Question a :
pour les empiler les uns sur les autres, il faut en déplacer 9
On peut supposer que le premier tome supportera tous les autres sans qu'il ait, lui, besoin d'être déplacé.

Question b :
Pour les ranger verticalement il est nécessaire de les déplacer tous, puisqu'ils sont initialement tous à plat.
_____________

Conseil : prends trois livres de format semblable et place-les à plat les uns à côté des autres.
1) Fais la pile de la question a

2) Remets-les à plat
Place-les debout côte à côte (a priori ils sont alors posés sur la largeur du rectangle et la longueur est verticale)
_____________

Question : où se trouve le centre de gravité d'un volume de l'encyclopédie ?

Posté par
Skooz
re : Travail d'une force 25-01-11 à 17:55

Merci je vois mais donc pour la a) je dois faire en gros W= mg*(h maximal) et par contre pour la deux je n'ai besoin de que de calculer sur un seul livre ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail d'une force 25-01-11 à 18:00

C'est un peu cela (mais tu n'es pas très précis)...

Réfléchis bien à la question que je pose à la fin de mon message de 17 h 46
______________

Si je comprends ce que tu écris, je peux répondre :

Il y a 9 calculs à faire pour la question a puis une addition

Il y a un seul calcul à faire pour la question b, mais n'oublie pas de multiplier par 10

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail d'une force 25-01-11 à 18:06

Puisque tu es en première, tu as certainement étudié les suites...

C'est le moment de t'en servir pour la question a

Posté par
Skooz
re : Travail d'une force 25-01-11 à 18:08

Et bien je sais que le centre de gravité va se trouver au milieu de la hauteur d'une encyclopédie donc a 30/2 = 15 cm.
Je fais donc ensuite la hauteur de 10 encyclopédie moins 15 cm = 300-15= 275. De la je fais W(P)= masse totale des encylopédies * g * 2,75. Est-ce bien cela ?

Pour la b) par contre je ne vois pas trop quoi faire...

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail d'une force 25-01-11 à 18:13



Pour la question a
. initialement les volumes sont à plat
. on les empile les uns au-dessus des autres, donc ils sont toujours à plat

As-tu fait l'expérience proposée ?

Posté par
Skooz
re : Travail d'une force 25-01-11 à 18:20

Oui je l'ai faite.
S'ils sont à plat et bien je calcule la hauteur total qui est de 10*e= 80cm J'y soustrais 4 cm, et je fais W(P)=m*g*(0-0,76)

Est-ce ca ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail d'une force 25-01-11 à 18:23

Non, ce n'est pas cela.

Soit e l'épaisseur d'un volume (e = 0,08 m) de masse m

Littéralement, quel est le travail nécessaire pour poser le tome 2 sur le tome 1 ?

Posté par
Skooz
re : Travail d'une force 25-01-11 à 18:28

W(P)= m*g*(0-0,08)

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail d'une force 25-01-11 à 18:33

J'avais demandé littéralement...

Oui W(P) = m.g.e

Quel est le travail nécessaire maintenant pour poser le tome 3 sur la petite pile constituée du tome 1 et du tome 2 ? Littéralement

Posté par
Skooz
re : Travail d'une force 25-01-11 à 18:35

W(P)= m.g.2e

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail d'une force 25-01-11 à 18:38

   

Quel est le travail nécessaire pour poser le dernier tome, le tome 10, sur la pile constituée des tomes 1 à 9 ? Toujours littéralement

Posté par
Skooz
re : Travail d'une force 25-01-11 à 18:41

Bah W(P)= m.g.10e C'est donc ca la réponse du a) ?
Et donc je tranforme ce qui fait W(P)= 2,40 * 9,81 * 10(O-O,O8) c'est donc une force résistante ?

Mais maintenant pour le b)... :S

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail d'une force 25-01-11 à 18:45

Dommage... tout faux !

Tu as bien répondu à 18 h 35 à ma question pour le tome 3 sur les tomes 1 et 2
Veux-tu répondre à ma question de 18 h 38 pour le tome 10 posé sur les tomes 1 à 9

Réfléchis bien !

Posté par
Skooz
re : Travail d'une force 25-01-11 à 18:47

Effectivement, une petite erreure d'inatention, c'est W(P)= m.g.9e

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail d'une force 25-01-11 à 18:51

Voilà...

Alors, bilan :
travail pour poser le tome 2 sur le tome 1 : m.g.1.e
travail pour poser le tome 3 sur les tomes 1 à 2 : m.g.2.e
travail pour poser le tome 4 sur les tomes 1 à 3 : m.g.3.e
...
travail pour poser le tome 10 sur les tomes 1 à 9 : m.g.9.e


Total :
travail pour constituer la pile
m.g.1.e + m.g.2.e + m.g.3.e + ... + m.g.9.e = m.g.e.(1 + 2 + 3 + ... + 9)

Oh la jolie suite...

A toi !

Posté par
Skooz
re : Travail d'une force 25-01-11 à 18:55

D'où W(P)= 2,40 * 9,81 * 45(0-0,08) c'est bien cela ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail d'une force 25-01-11 à 18:58

Je ne vois pas l'utilité de (0 - 0,08)
l'épaisseur vaut e = 0,08 m et donc il suffit d'écrire
W(P) = m.g.e.45
application numérique :

W(P) = 2,40 9,81 0,08 45 = ... ?

Quel est ton résultat ? Et n'oublie pas l'unité, sinon je ne pourrai pas te répondre.

Posté par
Skooz
re : Travail d'une force 25-01-11 à 19:00

W(P)= 84,8 J et c'est un travail résistant.

Quand est-il pour la question b)..; :'(

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail d'une force 25-01-11 à 19:09

Très bien !

Tu as arrondi correctement et l'unité est bonne.
Le travail du poids est en effet un travail résistant.
______________

Question b : que proposes-tu ?

Quel est le travail pour mettre "debout" un tome ?
Pour ma part, je le ferais pivoter sur une arête ; arête de longueur 24 cm
En faisant ainsi de quelle hauteur s'élèvera le centre de gravité ?
Attention, selon moi, il y a un petit piège.

Mais je vais manger ; à tout à l'heure peut-être

Posté par
Skooz
re : Travail d'une force 25-01-11 à 19:13

Le centre de gravité va s'élever de 11 cm en effet il se situe au centre du livre et si on le fait pivoté comme tu as dis, il se retrouvera debout donc a une distance de 15 cm du sol mais on sait que l'épaisseur de chaque livre est de 8 cm, donc le centre de gravité, lorsque le livre se trouve à plat et de 8/2= 4 cm. Soit 15-4= 11 cm, il y a donc bien une élévation de G de 11cm.

Posté par
Skooz
re : Travail d'une force 25-01-11 à 20:08

Mon raisonnement est-il bon ? :S

Posté par
lilzouz
travail force 25-01-11 à 20:54

J'ai le même exercice à faire, et il me semble que ton raisonnement est correcte... je suis arrivée à la même chose.
Ensuite il suffit d'utiliser la formule W (P)= mg(A-B) il me semble, non?

Posté par
Skooz
re : Travail d'une force 25-01-11 à 20:54

Coll, tu m'as oublié ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail d'une force 26-01-11 à 08:20

Je ne t'ai pas oublié. Mais je n'ai pas pu me reconnecter hier soir.

Je crois que ce que tu écris à 19 h 13 est correct en lisant bien l'énoncé.

Pour chaque tome, la différence de hauteur du centre de gravité entre l'état initial (livre à plat) et l'état final (livre debout) sera bien de 11 cm

Il faut peut-être juste voir que le travail correspondant des forces de pesanteur sera constitué d'un travail résistant suivi d'un travail moteur.

En effet, lors de la rotation autour de l'arête du livre, le centre de gravité qui est à la hauteur 4 cm à l'état initial va passer à la hauteur (théorème de Pythagore) :

3$\sqrt{4^2\,+\,{15}^2}\,=\,\sqrt{241}\,=\approx\,15,5\,\rm{cm}

puis va redescendre de cette hauteur jusqu'à la hauteur finale de 15 cm

Il y a donc un travail résistant des forces de pesanteur qui vaut (en joules si m est exprimé en kg et g en N.kg-1) m.g.(0,155 - 0,040)
suivi d'un travail moteur des forces de pesanteur qui vaut m.g.(0,150 - 0,155)

la somme de ces deux travaux est donc un travail résistant qui vaut (pour un volume) m.g.(0,150 - 0,040) = m.g.0,11 (en joules si m est exprimé en kg et g en N.kg-1) )

Cette remarque aurait eu son importance si la question avait été : "Quel travail moteur doit-on exercer contre les forces de pesanteur pour mettre debout un volume ? ". Mais ce n'est pas la question posée.

Posté par
Skooz
re : Travail d'une force 26-01-11 à 12:58

Merci mais j'ai fais l'esperience et quand je relève les 10 livres car y a toujours un écart entre chaque livre qui est égal à la longuer de chacun, il ne sont pas côtes a cotes et je dois donc les déplacer de 30cm chacun sauf un seul.

Du coup dois-je calculer en plus le travail de la force pour les mettre tous côte a côte ou pas besoin ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail d'une force 26-01-11 à 13:22

Dans l'opération qui consiste à les mettre côte à côte on supposera qu'il n'y a pas de frottements et qu'il n'est pas nécessaire de les soulever (point de vue de celui qui déplace les livres).

Comme les hauteurs des centres de gravité ne changent pas, il n'y a pas de travail des forces de pesanteur.

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail d'une force 26-01-11 à 13:23

J'ai oublié de te féliciter d'avoir fait l'expérience et de réfléchir à partir de cette expérience.
Là, tu fais de la vraie physique !

Posté par
Skooz
re : Travail d'une force 26-01-11 à 13:31

Merci beaucoup mais je comprends pas trop ton message de 13:22

Citation :
Calculer le travail des forces de pesanteur lorsqu'on les range verticalement les uns à côté des autres.


Il est bien dit qu'on va mettre les livres côte a côte, on doit les déplacer horizontalement une fois qu'il sont relevés non ?

Posté par
Skooz
re : Travail d'une force 26-01-11 à 13:32

Ah oui non pardon ne prend pas en compte mon dernier message, j'ai compris car on calcul le travail du poids et qu'il reste toujours à la même hauteur.

Encore merci pour toute ton aide !

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail d'une force 26-01-11 à 13:42

Je t'en prie.
A une prochaine fois !

Posté par
Skooz
re : Travail d'une force 26-01-11 à 14:06

Juste comme ça, tu es ingénieur dans quel domaine ?



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