La roue et les frottements

[Cajanec]

Bonjour,

J'aimerais discuter avec vous de la roue. Invention merveilleuse, qui a su utiliser intelligemment les frottements.

Cela dit, je ne suis pas sûr d'avoir tout compris. La réponse à cette question pourrait m'éclairer :

Imaginons un petit chariot sur 4 roues.
Je ne considère que les frottements roues-sol
Aucun frottement avec l'air
Aucun frottement dans les axes de roues, etc.
Rien, juste les frottements roues-sol
Si, dans ce cas précis, je donne une vitesse initiale à ce chariot, sur un terrain parfaitement plat (travail de P =0J), est-ce que les frottements roues-sol vont finir par arrêter le chariot ou bien est-ce qu'il va rouler indéfiniment ??

Merci par avance.


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[calculair]

Si les roues sont rigoureusement rondes et si le sol est rigoureusement plat, les forces de frottements empêchent les roues de glisser et les font tourner.

La force de frottement est rigoureusement perpendiculaire au rayon axe / contact sol et donc ne travaille pas.

Donc quand tout est rigoureusement parfait, le chariot roule indefiniment.... Mais rien n'est aussi rigoureusement parfait et sous le poids de ton charriot, même si les roues dont en acier indeformable, il y a un peu de deformation de la roue et du sol et cela va freiner.

C'est le cas des trains qui roulent sur des plans quasi parfait les rails avec des roues en acier, il faut trés peu d'energie pour entretenir le mouvement....

[Cajanec]

Merci Calculair,

Une chose que je ne comprends pas c'est le travail de la force de frottement Sol-Roue qui est nul. Pourquoi ?
Point d'application de cette force : le point de contact sol-roue.
Direction de la force : horizontale (ou en tout cas une direction qui ne passe pas par le centre de la roue)
Donc son travail, sauf erreur de ma part, vaut W=F.R.angle

Pourquoi, est-ce que ça vaut 0 Joule ?

Merci par avance

[calculair]

Tu as raison si la roue n'est pas parfaitement ronde

Mais si elle est aussi ronde qu'un cercle theorique, le contact sol roue est reduit à un point et l'angle au centre est nul

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tifoc]

Bonsoir,

Je ne suis pas d'accord...
D'abord avec les hypothèses de départ mais ça c'est un détail et on peut toujours faire "une expérience de pensée".
Surtout, il suffit d'isoler l'ensemble chariot + 4 roues : les forces de frottement ont une résultante horizontale qui s'oppose au mouvement et qui n'est compensée par rien si on ne continue pas à pousser.

Ou alors j'ai pas compris la question

autre remarque : le travail développé par la force de du sol sur la roue est nul dans le mouvement de la roue par rapport au sol (si roulement sans glissement), mai spas dans le mouvement du chariot.

[Cajanec]

Calculair,

Considérons que la roue est parfaitement ronde.
Vous dites qu'alors, le contact sol-roue est réduit à un point. Je suis d'accord.
Vous dites aussi que "l'angle au centre est nul" et là je ne comprends ce que cela signifie.
La force de frottement, tangente à la roue, effectue bien un travail = F x Rayon de la roue x angle, non?
Pourquoi dites-vous que cela vaut 0J ?
Merci par avance

[Cajanec]

Je crois que je viens de comprendre.
Sur la roue, le point d'application de la force de frottement n'est jamais le même.
Alors oui on a W(F) = F.R.angle, mais avec angle = 0°.
Donc le travail effectué par la force de frottement vaut 0 Joules.

Merci !!

[Cajanec]

C'est quand même fou quand on y pense !
Si on n'a pas de frottement la roue glisse et ne tourne pas,
là, parce que l'on a du frottement roue-sol, alors la roue tourne.

Et malgré cette différence de comportement très importante due à l'existence de ce frottement, on dit que le travail de cette force de frottement est nul !!

C'est sidérant...

[calculair]

Bonjour,

Je reconnais qu'il y a quelque chose de paradoxale....

essayons de resoudre ce paradoxe.

1) Comment calculer le travail de cette force ?. Si le rayon perpendiculaire au plan du sol est OA, O le centre de la roue et A le point de contact
T = F x OA x a ou a est l'angle en radian de la rotation du rayon OA sur lequel la force F est appliquée, mais a = 0 ( roue parfaitement ronde ....)


2) Par contre le point d'application de la force F se deplace de D quand le chariot parcoure la distance D, alors on aurait tendance à ecrire que T = F x D et alors qui produit ce travail ?

3) Il y a une autre solution. Cette force de frottement n'existe pas, la roue tourne sous son inertie et le chariot avance grace à son inertie.... Cette vision est incompaible avec l'evolution de la situation lorsque la vitesse du chariot est nulle à celle ou il roule à la vitesse V


Ce qui est physiquement exact est si les roues sont dures et tres rondes l'effort pour maintenir la vitesse d'un wagonnet sur des rails est tres faible....


J'avoue que tout cela me derange aussi....

[Tifoc]

Bonsoir,
Isolez le chariot complet, avec ses 4 roues.
Ou alors isolez une roue toute seule, mais vous ne pouvez pas dire que les frottements dans le moyeu sont nuls parce qu'alors la roue ne peut plus être en équilibre...