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Travail d'une force

Posté par
lisarowe
04-02-18 à 18:31

Bonsoir,

On considère la force suivante :
Fp=ApsinØ  FØ=ApcosØ

On nous demande de calculer le travail de cette force quand on se déplace de l'origine O au point A (R0, Ø =0).

Alors, je sais que le travail de la force du point 0 -> A est W0->A = Intégral de la Force exercée.

Le point A a Ø=0 donc FØ ne travail pas.
On fait alors l'intégral de Fp et on prend les bornes 0 et A=R0.

Mais là je me dis, on intègre par rapport à quoi? p ou Ø?

Je ne sais même pas si ce que j'ai écris c'est bon donc si c'est faux dites-moi.

Merci.

Posté par
vanoise
re : Travail d'une force 04-02-18 à 18:50

Bonsoir

Ton énoncé et tes formules ne sont pas claires. Faut-il se placer en coordonnées polaires le p que tu utilises étant en général noté r ? Dans ce cas :

\overrightarrow{F}=A.r.\sin\left(\theta\right).\overrightarrow{u_{r}}+A.r.\cos\left(\theta\right).\overrightarrow{u_{\theta}}

Le vecteur déplacement élémentaire s'écrit alors :

\overrightarrow{dl}=dr.\overrightarrow{u_{r}}+r.d\theta.\overrightarrow{u_{\theta}}
\delta W=\overrightarrow{F}.\overrightarrow{dl}
Il faudrait alors intégrer de r=0 à r=R avec \theta=0 ???
Il s'agit peut-être de tout autre chose ???? Cela me parait bien facile à ce niveau...

Posté par
lisarowe
re : Travail d'une force 04-02-18 à 19:51

Voici l'énoncé. Je fais la 1) a

Je ne sais pas si on doit se mettre en coordonnées polaires ou cartésiennes...

** image supprimée => énoncé à recopier **

Posté par
vanoise
re : Travail d'une force 04-02-18 à 20:01

J'avais donc bien "deviné" l'énoncé à un détail près : ce que j'appelle r est noté dans l'énoncé.
Le but de cet exercice est de montrer que la force n'est pas conservative. Tu as intérêt à raisonner en coordonnées polaires.
Je t'ai indiqué la méthode générale :
Pour le déplacement de O à A : =0 (valeur fixe au cours du déplacement)
\overrightarrow{dl}=d\rho.\overrightarrow{u_{\rho}} avec \overrightarrow{u_{\rho}}=\overrightarrow{u_{x}} dans ce cas particulier simple.
Le résultat est évident ! aucun calcul n'est nécessaire !
Je te laisse réfléchir !

Posté par
lisarowe
re : Travail d'une force 04-02-18 à 20:22

Le travail c'est 0.
On sait que W(F 0-> A) = F . 0A . cos (OA)

Fp = Apsin(0) = 0

Et FØ ne travaille pas car elle est perpendiculaire à up et un travail perpendiculaire à la trajectoire est nulle. Le travail est seulement en fonction de up dans ce cas là.

C'est ça où j'ai dis que des bêtises ?

Posté par
vanoise
re : Travail d'une force 04-02-18 à 20:36

Tu utilises une bonne méthode parmi plusieurs autres également  bonnes.
Ton résultat est correct.
En revanche, pour le déplacement de A à B sur le cercle, la méthode que je t'ai indiquée me semble la plus simple et la plus directe.

Posté par
lisarowe
re : Travail d'une force 05-02-18 à 22:18

Du coup pour la 1) b) le travail vaut aussi 0?

Vu que dp = 0 et dØ = 0

Posté par
vanoise
re : Travail d'une force 05-02-18 à 22:40

Sur le quart de cercle AB, tu as effectivement  \rho=constante=R_{0}  mais l'angle polaire varie de zéro à  \frac{\pi}{2} rad !

\delta W=F_{\theta}\cdot R_{0}\cdot d\theta=A.R_{0}^{2}.\cos\left(\theta\right).d\theta

puisque : \overrightarrow{dl}=R_{0}\cdot d\theta\cdot\overrightarrow{u_{\theta}}
Je te laisse continuer ! N'oublie pas pour conclure ma remarque sur les forces non conservatives !

Posté par
lisarowe
re : Travail d'une force 05-02-18 à 22:56

Merci d'avoir répondu !

Du coup je peux prendre Ø= wt vu que l'angle varie en fonction du temps.
Et donc, dW= A.w.Ro².cos(wt)

Et j'intégre ça avec pour bornes 0 et pi/2?

Une force non conservative ne dérive pas d'une énergie potentielle ? Je vois pas :/

Posté par
vanoise
re : Travail d'une force 06-02-18 à 12:27

L'énoncé ne précise pas que le déplacement le long de l'arc de cercle se fait à vitesse angulaire w constante. L'intégration est immédiate sans faire intervenir cette hypothèse :

W_{AB}=A.R_{0}^{2}\cdot\intop_{0}^{\frac{\pi}{2}}\cos\left(\theta\right).d\theta=A.R_{0}^{2}\cdot\left[\sin\left(\theta\right)\right]_{0}^{\frac{\pi}{2}}=A.R_{0}^{2}

Tu vas ensuite calculer W_{OB} et tu vas alors constater que :

W_{OB}\neq W_{OA}+W_{AB}
 \\
Le travail de la force pour aller de O à B n'est pas le même suivant le trajet direct et suivant le trajet passant par A. Comme on dit souvent : le travail pour aller d'un point à un autre dépend du chemin suivi. La force n'est pas conservative, elle ne dérive pas d'une énergie potentielle.

A titre d'approfondissement (cela n'est pas demandé dans l'énoncé), tu pourrais reprendre les calculs de travaux avec pour expression de la force :

\overrightarrow{F}=2A.\rho.\sin\left(\theta\right).\overrightarrow{u_{\rho}}+A.\rho.\cos\left(\theta\right).\overrightarrow{u_{\theta}}

Tu obtiendras alors :

W_{OB}=W_{OA}+W_{AB}

Cette nouvelle force est conservative et tu pourrais éventuellement établir une expression de l'énergie potentielle dont elle dérive.



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