Physique - Mécanique

[invite9ae8c9e2]

Bonjour, j'ai un devoir que je n'arrive pas à faire.. Si vous pouviez m'aider ?

Une balle d'un diamètre de 20cm et de masse m=2kg est suspendue à une ficelle sans poids, d'une longueur de 2m. En position d'équilibre, la masse reste au niveau du sol. On commence à communiquer une énergie au système de sorte que la bille se met à tourner toujours en décrivant une trajectoire circulaire, mais à chaque fois avec un peu plus de vitesse, jusqu'à ce que la ficelle se casse. Si l'angle à cet instant précis était de 68° avec la verticale :
a) Quelle était la tension maximale que pouvait supporter la ficelle ?

Une fois la ficelle cassée, la balle tombe et touche le sol en position B.
b) A quelle distance de la position d'équilibre C se trouve-t-elle à cet instant ?
c) Avec quelle vitesse touche-t-elle le sol ?
d) Sous quel angle touche-t-elle le sol ?

Merci d'avance
-----

[norien]

Bonjour.
Vous n'obtiendrez pas de réponse en procédant de cette manière.
Montrez ce que vous avez fait, expliquez où se situent vos difficultés et on vous aidera à les surmonter.
Au revoir.

[invite9ae8c9e2]

Bonjour,
je comprends qu'avec la façon dont je demande ça, ça peut paraître facile... Cependant, c'est un nouveau prof qui vient nous donner cours et je ne comprends pas ça façon de poser la questions.. Ensuite, toute la classe lui a dit ne rien comprendre et il nous demande quand meme de lui rendre pour demain et j'ai beau regarder toutes mes formule, je ne sais pas du tout quoi faire ! Je peux comprendre que vous ne vouliez pas tout faire, mais juste me diriger dans la façon de commencer le calcul serait déjà gentil.
merci.

[norien]

Il me semble qu'il manque une donnée pour résoudre la question a) ; la valeur de la vitesse est nécessaire.
Vous pouvez essayer de démarrer la résolution en faisant le bilan des forces appliquées à la balle et en lui appliquant la seconde loi de Newton ; sans la valeur de la vitesse, vous ne pourrez que donner l'expression littérale de la tension demandée.

La question b) n'est que de la géométrie, faites une figure et utilisez la trigonométrie.

Pour les questions c) et d), revoyez le cours sur les mouvements de projectile dans un champ de pesanteur.
Là aussi, faites le bilan des forces, appliquez la seconde loi de Newton et sortez le vecteur accélération de la balle.

Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite07941352]

Bonjour Norien,
Il me semble que l'on peut répondre à Q1 ( en tout cas , j'ai répondu , vrai ou faux !!!!!) , car on connaît l'angle de la ficelle avec la verticale .

[norien]

Bonjour Catmandou.
Si vous dites que la résolution est possible je vous crois, mais, personnellement, je ne sais pas comment faire...
Je vais attendre des éléments de piste pour combler mes lacunes !
A bientôt donc.
Bien cordialement.

[invite07941352]

Re,
Attendons l'étudiant : je ne veux pas écrire de bêtise qui pourrait influencer dans le mauvais sens .

[futurscience]

Bonjours,

On voit bien que c'est compliqué et que comme l'a dit catmandou, la vitesse au moment la cassure est trouvable, puisqu'un angle est donné à cette instant précis. Une vitesse très très grande donnerai par exemple un angle proche de 90° et une très faible vitesse donnerai un angle proche de 0°.

Pour ma part en tout cas, je ne m'aventure pas la dedans mais la réponse sera trouvable et surtout très intéressante. La résultante de la vitesse à en principe un lien avec 2 composantes dont l'une est lié à la gravité ou au poids et l'autre à la force centrifuge.
Est-ce qu'un angle de 45° par exemple correspondrai à une égalité entre force centrifuge/centripète et force par gravité (poids) ? Si la réponse est oui, alors la réponse à la question sera simple, si non, alors j'en aurai aucune idée.

[futurscience]

La résultante de la vitesse à en principe un lien avec 2 composantes dont l'une est lié à la gravité ou au poids et l'autre à la force centrifuge.
Je voulais dire que la direction de la force résultante (lié à l'angle formé ici 68°) résulte du poids d'un coté et de la force dirigé vers l'extérieur de l'autre. Et que la vitesse est trouvable avec la formule de la force centrifuge. Et que donc, il devrai y avoir un lien entre vitesse, angle, masse, longueur et gravité.

[invite07941352]

Re,
Oui, vous avez bien résumé la façon que j'ai appliquée ! Rien de difficile en fait , je travaille beaucoup à l'intuition sans faire des raisonnements assez rigoureux , non, ne dites pas que c'est compliqué , vous allez décourager l'étudiant ! Je dis oui, pour vos 45° !

[sitalgo]

B'jour,

La balle est en équilibre par trois forces, son poids (vert), la centrifuge (horiz), la ficelle (angle). Somme des forces = 0.

[futurscience]

Re,
Oui, vous avez bien résumé la façon que j'ai appliquée ! Rien de difficile en fait , je travaille beaucoup à l'intuition sans faire des raisonnements assez rigoureux , non, ne dites pas que c'est compliqué , vous allez décourager l'étudiant ! Je dis oui, pour vos 45° !

Ah, alors c'est faisable donc. Bonne nouvelle.

...Je l'ai fait vite fait sous Excel, et effectivement, on peut y arriver assez simplement (pour la vitesse du moins pour l'instant).

[sitalgo]

La balle est en équilibre par trois forces, son poids (vert), la centrifuge (horiz), la ficelle (angle). Somme des forces = 0.

D'ailleurs pour la question a, pas besoin de la centrifuge. Elle n'est utile que pour la question b.

[futurscience]

D'ailleurs pour la question a, pas besoin de la centrifuge. Elle n'est utile que pour la question b.

Je crains que ça n'aidera pas beaucoup rocco7

[sitalgo]

Je crains que ça n'aidera pas beaucoup rocco7

On ne sait jamais.

[norien]

Bonjour à tous.
Je reprends le fil avec un regard nouveau.
Quand Sitalgo dit :

La balle est en équilibre par trois forces, son poids (vert), la centrifuge (horiz), la ficelle (angle). Somme des forces = 0.

Qu'est ce qui permet d'affirmer que la force centrifuge est horizontale ?

Si c'est le cas, alors, il n'y a effectivement pas d'obstacle pour trouver la solution.

Je me rends compte aussi maintenant que j'ai fait une erreur d'interprétation en lisant le libellé de la question b) ; on veut déterminer la position du point de chute de la balle et non (comme je l'avais cru au départ) la position de la balle à l'instant de la rupture du fil.

D'une manière plus générale, je reste toujours réticent à inciter un étudiant à introduire la force centrifuge d'inertie ; je préfère de très loin raisonner dans un référentiel inertiel en prenant en compte les "vraies" forces : le poids et la tension du fil dans le cas présent.

A très bientôt !!!

[invite07941352]

Bonjour,
j'ai considéré que la force centrifuge est horizontale dans le plan où tourne la balle , c'est à dire dans un plan de rayon fictif de 1.95 m (et non pas 2.10m ) et j'ai continué le problème sur cette base .

[norien]

Tout d'abord, merci à Catmandou de m'avoir répondu.

Je vois bien la situation, mais ce qui m'interpelle, c'est la raison pour laquelle la force centrifuge est horizontale ; c'est bien pratique pour la résolution, mais je ne vois pas d'élément objectif pour choisir cette orientation particulière.

Au fait, je pense à une chose, le plan de la circonférence que décrit la balle est bien un plan vertical non ?

A plus les amis.

[invite07941352]

J'ai repensé aussi à votre question, et je me dis " mais comment la force centrifuge peut elle être autrement que horizontale , puisque, à la limite , aussi vite que l'on tourne , la ficelle et la balle vont se mettre à l'horizontal , ni plus, ni moins " . Bien, c'est un peu un raisonnement par l'absurde , mais je ne sais pas faire mieux !
Non, me semble t il : la balle est verticale et touche juste terre au repos , puis elle se met à tourner comme un manège autour de son axe vertical , mais dans un plan horizontal . En fait comme un régulateur de Watt .
D'ailleurs, c'est la seule façon de pouvoir faire la suite : si elle était dans un plan vertical, la ficelle peut casser n'importe où, donnant une infinité de problèmes différents .

[norien]

OK !
Ca change complètement le problème. Il s'agit donc d'un pendule conique et non d'une fronde comme je l'avais tout d'abord envisagé.

Dans ce cas, il n'y a effectivement aucun obstacle à la résolution, l'accélération est centripète si le mouvement est circulaire uniforme pour chaque tour effectué ; après chaque variation de la vitesse, on attend la stabilisation de l'angle du fil avec l'axe.

Mon aveuglement m'avait conduit dans l'impasse, tout s'éclaire pour moi maintenant...

Encore merci à vous Catmandou.

[futurscience]

Bonjours,

On commence à communiquer une énergie au système de sorte que la bille se met à tourner toujours en décrivant une trajectoire circulaire, mais à chaque fois avec un peu plus de vitesse, jusqu'à ce que la ficelle se casse.

C'est le mot "circulaire" qui nous dit que la bille présente un axe de rotation verticale. Ça devrai être spiraloïdale (si ça se dit), mais vu comment le problème est posé: "mais à chaque fois avec un peu plus de vitesse", on peut se dire qu'il nous demande simplement de considérer que l'augmentation de vitesse à chaque tours est négligeable, d'où le "trajectoire circulaire".

[norien]

Bonjour à tous.

En fait l'énoncé est flou et il laisse place à différentes interprétations, il manque une indication concernant le plan dans lequel se situe la trajectoire.
En ce qui me concerne j'avais tout d'abord envisagé une trajectoire située dans un plan vertical et un mouvement de la balle qui était dans un premier temps pendulaire ; la trajectoire était alors un arc de cercle, qui devenait circulaire quand la vitesse communiquée devenait suffisante.

Votre interprétation (trajectoire circulaire située dans un plan horizontal) est sans doute la bonne, non pas parce que, je vous cite ...

C'est le mot "circulaire" qui nous dit que la bille présente un axe de rotation verticale.

...mais parceque c'est la seule qui permette de résoudre le problème.

A+

[futurscience]

Oui je vois ce que vous voulez dire. La bille aurai tourner sur un axe horizontale avec une vitesse variable. Lorsque la bille redescendrai, elle accélèrerai, et elle déccélèrerai lorsqu'elle remonterai. Il y aurai eu 2 points différents pour un même angle de 68° par rapport à la verticale ? Un lors de la remonté et un lors de la descente ?
D'ailleurs, je suis entrain de me demander si il n'y aurai pas plutôt 4 points possible dans cette configuration ? Ou alors, ils aurai dit - 68° pour les 2 autres points dans ce cas.

[invite07941352]

Re,
Je comprends que Rocco ait fui vers l'infini et qu'il ne soit pas près de revenir ...

[invite9ae8c9e2]

Hahaha, un grand merci à tous même si j'ai pas réussi à le faire, et que la correction de ce meme devoir que j'ai à faire pour demain me semble également impossible .. (comme pour toute la classe en faite) ! Mais quand même merci à vous d'avoir pris le temps de réfléchir a ce problème

[futurscience]

Toute la classe a eu un jolie 0 si ça se trouve (Il faut espérer que ce n'était pas noté)


Pour ma part, je suis entrain de me demander pourquoi ça ne serai pas possible la configuration avec une rotation à axe horizontale. Donc j'en vient à cette question:
- Est-ce que sur une rotation horizontale, un angle de cassure de 68° serai possible compte tenu du profil d'accélération sur un tour, en partant du principe que la composante de l'accélération instantanée causé uniquement par l'apport d'énergie extérieur est infiniment faible que je traduit par la phrase : "mais à chaque fois avec un peu plus de vitesse" ?

En gros, en ne tenant compte que de l'accélération/déccélération causé par la gravité/masse ou poids, est-il possible que la tension sur la corde soit Maximale pour un angle de 68°, ce qui permettrai de dégager l'hypothèse d'une rotation sur axe horizontale (ou pas ) ? Si oui, alors il pourrait y avoir 2 solutions au niveau des rotations, cependant, si c'est non, pour moi, je crains qu'il faille rejeter la solution d'une rotation sur axe horizontale.

[futurscience]

Salut Rocco,

Donc personne n'a réussi ? Ou très peu de monde disons ?

[invite07941352]

Re,
J'ai fait le problème en entier tout au début et je pense avoir juste . Si quelqu'un s'y essaie, on comparera ...

[futurscience]

Voyons, tout le monde sait que Rocco vous a envoyé la réponse en message privé

[invite9ae8c9e2]

Mdrrr ! Si seulement j'avais une réponse ! Et sur 22 élèves, seuls 5 ont rendu un travail écrit mais pas dit qu'ils aient la bonne réponse. J'ai même un ami qui a donner ce devoir a un adulte ayant fait des étude dans la physique mais celui-ci n'a pas compris le devoir non plus ..