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Travail des forces, energie mécanique

Posté par Flash (invité) 11-03-07 à 09:44

Bonjour,

Qui peut m'aider a faire cet exercice:

The Wave est un atttraction de certains parcs aquatiques. C'est une rampe dont le point de départ est situé à une hauteur h= 8,0m au dessus du sol.
Léa, assise sur sa bouée, se laisse glisser le long de la rampe. Une pellicule d'eau assure une descente sans frottement sur la partie AB.
La masse totale de l'ensemble S (bouée+Léa) est  m= 60kg. On admet que S est un solide en mouvement de translation. (g= 9.8 N.kg-1)

1) Calculer la valeur de la vitesse S au point B en Km/h.
--> 1/2mVb² - 1/2mVa² = mgh
    1/2mVb² = mgh + 1/2mVa²
    1/2Vb² = gh
    Vb = 1/2*gh
    Vb= 6.26m.s-1  c'est bon??

2) A quelle hauteur maximale sur la rampe BC, Léa peut-elle s'élever en admettant que les frottements sont nuls ? Répondre sans faire de calcul.
--> En admettant que les frottemnents sont nuls, Léa peut s'élever jusqu'au point C. Que dois-je dire pour justifier ? (outre la conservation de l'énergie méca)

3) En réalité, Léa remonte jusqu'au point D situé à la hauteur h'=6.0m
a) Comment varie l'énergie mécanique de S au cours de ce trahet BD ?
b) Calculer cette variation d'énergie mécanique.
c) En déduire le travail des forces de frottement sur ce trajet BD, Est-ce un travail moteur ou résistant? Justifier
Aurions-nous pu calculer ce travail autrement ? Comment ?
--> Je n'arrive pas du tout a faire la 3...

Merci d'avance!!

Travail des forces, energie mécanique

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail des forces, energie mécanique 11-03-07 à 11:49

Bonjour,

(1/2).Vb2 = gh
donc
Vb = 2gh

Nouvelle vitesse en B = ?

Pour la deuxième question : tu dis beaucoup en disant que l'énergie mécanique se conserve !

Troisième question : alors, ta proposition pour 3a ?

Posté par Flash (invité)re : Travail des forces, energie mécanique 11-03-07 à 13:08

A ok merci de m'avoir montrer cette erreur de calcul, donc Vb= 12.5 m.s

Pour la deuxième question, j'explique donc que l'energie meca se conserve?

heu pour la 3) la je suis un peu perdu je comprends bien, mais je ne sais pas comment exprimer une variation .
Au cours du trajet BD, l'energie mecanique n'est pas conservé et elle baisse...

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail des forces, energie mécanique 11-03-07 à 16:58

C'est cela

Et pour la question 3b, tu vas pouvoir bien présiser cette baisse.
En A comme en D l'énergie cinétique est nulle et l'énergie mécanique est sous la seule forme d'énergie potentielle du système [Terre+(Léa+bouée)]
Quelle est donc la variation d'énergie mécanique de B à D (ou de A à D, puisque l'énergie mécanique en B a la même valeur qu'en A) ?

Posté par Flash (invité)re : Travail des forces, energie mécanique 11-03-07 à 19:38

pour la 3)a il suffit juste de dire que cela baisse?
pour la 3)b la variation de l'energie meca est donc du a la variation de l'energie potentielle? Mais pourquoi l'energie cinétique est nulle?
Donc sous forme de calcul:  mgzb-mgza = 60*9.8*6 - 60*9.8*8 = -1176 J

-> c'est donc un travail resistant...
Comment en déduire le travail des forces de frottements et quel est l'autre méthode?

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail des forces, energie mécanique 11-03-07 à 21:02

3a : oui une partie de l'énergie mécanique est transformée en chaleur par les forces de frottement.

3b : l'énergie cinétique est nulle en A et en D parce qu'en ces deux points la vitesse est nulle...
Le calcul est correct et la déduction, travail résistant, est correcte également. Les forces de frottement sont toujours opposées au déplacement et donc fournissent un travail résistant.

3c : peut-être en considérant l'énergie mécanique en B (qui est sous forme d'énergie cinétique), l'énergie mécanique en D (qui est sous forme d'énergie potentielle) et en écrivant que la perte d'énergie mécanique entre ces deux positions est due au travail résistant des forces de frottement.

Posté par Flash (invité)re : Travail des forces, energie mécanique 12-03-07 à 07:35

Donc si je te comprends bien il faut faire la différence ce  qui donne:
je calcule l'energie cinétique au point B:
Ec = 1/2mv² = 1/2*60*12.5² = 4687.5 J = energie meca en B

energie Meca en B - meca en A = 4687.5 - 1176 = 3511.5 J

?? (c'est pas en Newton d'habitude ??)

Aurions-nous pu calculer ce travail autrement ? Comment ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail des forces, energie mécanique 12-03-07 à 08:40

On résume ?

Au point A :
énergie potentielle (origine des altitudes, le point B) m.g.h = 60.9,8.8 = 4 704 J
énergie cinétique = 0 J
énergie mécanique = 4 704 J

Au point B :
énergie potentielle = 0 J
énergie mécanique conservée = 4 704 J
énergie cinétique = 4 704 - 0 = 4 704 J = (1/2).m.vB2
d'où vB = 12,522 m.s-1 12,5 m.s-1

Sans frottement la remontée serait possible jusqu'en C

Avec frottement, la remontée se fait jusqu'en D tel que h' = 6 m
Au point C :
énergie cinétique = 0 J
énergie potentielle = m.g.h' = 60.9,8.6 = 3 528 J
énergie mécanique = 0 + 3 528 = 3 528 J

Il y a donc diminution de l'énergie mécanique.
Energie mécanique transformée en énergie calorifique par les frottements (ou travail des forces de frottement) = 3 528 - 4 704 = -1 176 J

Ce travail résistant est égal au produit de la force de frottement (inconnue) par la longueur (inconnue également) de l'arc BC

Posté par Flash (invité)re : Travail des forces, energie mécanique 12-03-07 à 17:04

Merci beaucoup!

Juste quelques détails encore,

pour la question 3)b tu ne tiens pas compte de l'énergie cinétique car tu te place sur AD, mais dans l'exercice la variation de l'energie mecanique demandé est sur BD (sachant au point B que l'énergie cinétique n'est pas nulle)...??

3)c ainsi le résultat que l'on trouve en 3)b correspond au travail des forces de frottements sur le trajet BD.
Quel autre facon existe-t-il pour calculer ce trvail?

Posté par Flash (invité)re : Travail des forces, energie mécanique 12-03-07 à 20:00

non c'est bon j'ai tout compris, je m'étais un peu embrouillé...
Par contre une dernière question subsiste:
Quel autre facon existe-t-il pour calculer ce travail?

Posté par
J-P
re : Travail des forces, energie mécanique 12-03-07 à 20:08

Coll t'a répondu en disant:

"Ce travail résistant est égal au produit de la force de frottement (inconnue) par la longueur (inconnue également) de l'arc BC "

Donc si tu connaissast ces 2 grandeurs tu pourrais calculer le travail résistant d'une autre manière.

Posté par Flash (invité)re : Travail des forces, energie mécanique 12-03-07 à 20:15

Mais c'est aussi possible avec:

1/2mVb - 1/2mVa = W ab (f )
ou c'est égal à toute les forces extérieurs, si on retire le poid c bon non??

Posté par
Coll Moderateur
re : Travail des forces, energie mécanique 13-03-07 à 08:42

Bonjour à tous les deux (à nouveau),

Flash >
La physique n'est pas de l'algèbre. On n'y jongle pas avec des inconnues et des équations sans s'occuper d'une signification concrète.

Avant d'écrire une équation (à résoudre grâce à l'algèbre) on réfléchit à ce que cette équation représente. Qu'as-tu écrit à 20 h 15 ?
Variation de l'énergie cinétique en passant de A à B = travail d'une force f entre ces deux points

Entre A et B l'énoncé dit qu'il est possible de négliger les frottements.
Entre ces deux points la force qui travaille est le poids.
C'est ce travail qui a été utilisé pour calculer la vitesse en B.



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