travail d'une force

[sebpoirrier]

Bonjour a tous ,
mercredi matin j'ai eu un DS de Physique portant sur le travail d'une force.
Je l'ai moyennement réussi car je n'ai pas vraiment compris chaque exercice.
Voici les 3 exercices du DS : pouvez vous me donner la correction pour que je sache où je me suis trompé et comment il fallait procéder ?

exercice 1 :
Une voiture descend une côte rectiligne de pente 6.0% et de longueur L= 200m à la vitesse constante v= 70km/h.
cette voiture tracte une caravane de masse m= 500kg.
(le centre d'inertie de la caravane descend de 6.0m lorsqu'il parcourt 100m)
dans cet exercice, la caravane sera considérée comme un solide en translation.
les forces de frottement s'opposant au mouvement de la caravane, dues essentiellement à la resistance de l'air, sont equivalentes à une force unique et constante (vecteur) f de valeur f= 1.0x10puissance3 N.
a- faire le bilan des forces exterieures s'appliquant a la caravane. representer ces forces sur un schema.
b- quelle est la resultante de ces forces ?
c- calculer le travail du poids (vecteur) P et le travail de la force de frottement (vecteur) f pour un deplacement de longueur L.
d- en deduire le travail de la force de traction (vecteur) T exercee par la voiture sur la caravane pour un deplacement de longueur L.
quelle est la puissance moyenne de cette force ?
e- quelle devrait etre la pente de la cote pour que le travail de (vecteur) T change de signe ?
quelle serait la signification physique de ce changment de signe ?

exercice 2 :
un pendule est constitué d'une bille de centre C et de masse m= 100g reliée a un point fixe O par un fil inextensible de longueur l= 50cm et demasse negligeable. on ecarte le pendule de sa position d'equilibre d'un angle angO=30° et on le lachesans vitesse initiale.
on note ang l'angle entre le fil et la verticale a un instant quelconque.
a- calculer le travail du poids de la bille lorsque ang passe de angO à 0.
b- calculer le travail du poids de la bille lorsque ang passe de angO à -angO.
c- peut-on ecrire que le travail de la tension du fil entre deux points A et B est Wab(vecteur T)= (vecteur T) . (vecteur AB) ? justifier.
d- quel est le travail de la tension du fil dans les deux cas etudiés précedemment ?

exercice 3 :
pour aller du point A au point B, un petit palet de masse m= 100g peut emprunter deux pistes (appartenant à un plan vertical).
piste 1 = piste rectiligne allant de A à B.
piste 2 = piste circulaire allant de A à B. cette piste est le quart d'un cercle de rayon R= 50cm.
dans les deux cas, le palet est soumis à son poids et à deux forces exercées par la piste : une réaction normale et une force de frottement de valeur constante f= 5.0x10puissance-2 N.
calculer, pour chacun des deux chemin possibles, le travail entre A et B:
a- du poids du palet.
b- de la réaction normale exercée par la piste.
c- de la force de frottement exercée par la piste.

voila ces 3 exercices qui m'ont été donnés hier matin, j'avais 2 heures pour les faire mais je n'ai pas tout fait.
pouvez vous me donner la correction de ce DS ? merci beaucoup a vous. bonne journée

[sebpoirrier]

s'il vous plait pouvez-vous me donner la correction d'au moin 1 des exercices ?

[zoup1]

Dis nous ce que tu as fait et sans doute on te dirat ce qu'on en pense.

[sebpoirrier]

voila ce que j'ai fait :

Bonjour,

Pour l'exercice N°1

Soit a le pourcentage de la pente et v la vitesse de la voiture (donc celle de la caravane)

a/ Le bilan des forces est le suivant :

Poids de la caravane, vertical , vers le sol et de valeur P=mg

Réaction du sol , perpendiculaire à la pente , vers le sol

Frottement de l'air, parallèle à la pente, opposée au mouvement, de valeur 1000 N

Traction de la voiture, parallèle à la pente, soit dans le sens du mouvement si la voiture ne freine pas, soit opposée au mouvement si la voiture freine

b/ Puisque la pente est rectiligne et la vitesse v est constante, la résultante des forces est nulle

c) W=P*h avec h=a*L (positif car dans le sens du déplacement)

W=-F*L car opposée au mouvement

d) La force perpendiculaire au déplacement ne travaille pas.

Puisque la résultante des forces est nulle, son travail est aussi nul:

donc W+W+W=0

càd W=-(W+W)

soit W=-mgh-(-FL)=FL-mgh

Si positif, est dans le sens du déplacement

Si négatif, est opposée au déplacement.

Soit t la durée du déplacement de longueur L

on a Pm()=W/t

Par ailleurs v*t=L => t=L/v

e/ Le pourcentage de la pente a est égal à h/L si h est la hauteur descendue quand la voiture a parcouru la distance L

Le travail de la force de traction changera de signe quand W+W=0

Soit W=-W

Ce qui arrive pour la hauteur h0 correspondant à la pente a0 telles que

mgh0= -(-FL) soit h0/L=F/mg => a0=F/mg



Pour l'exercice 2

Soit G le centre de gravité de la bille

Soit l'angle avec la verticale et la position initiale (=30°)

La bille est soumise à son poids vertical et à la tension du fil qui s'applique en G et est colinéaire à dans le sens inverse (de G vers O)

a/ Le poids qui est une force constante perd la hauteur h telle que son travail soit W=mgh

On voit sur la figure que cos=(l-h)/l, soit h=l(1-cos)

càd si =0 => h=0 et si =90° => h=l

b/ Le poids descend d'une hauteur h et remonte d'une hauteur h : donc son travail est nul

c/ Non car la tension du fil n'est pas une force constante pendant la durée du déplacement ni en direction , ni en valeur.

La valeur à tout instant auquel il y a un angle variable avec la verticale est :

T=mgcos

d/Le travail de la force entre 2 instants très proches où on peut la considérer comme constante est nul puisque perpendiculaire au déplacement.

Pour un déplacement de longueur finie, le travail peut être aussi considéré comme nul.


Pour l'exercice N°3

Je pense que tu as fait un schéma

Soit lr la longueur de la piste rectiligne

Soit lc la longueur de la piste rectiligne

a/ Le poids descend d'une hauteur h qui correspond au rayon de la piste circulaire : donc son travail est positif car force et déplacement dans le même sens

donc W=mgR

b/ Comme pour la tension du fil sur la bille du pendule, le travail de la force de réaction est nul puisque perpendiculaire au déplacement

est constante dans le cas de la piste rectiligne

Dans le cas de la piste circulaire, on peut appliquer le même raisonnement que dans le cas du pendule.

c/ Dans le cas de la piste rectiligne, la force de frottement est constante en valeur et en direction, opposée au déplacement

donc W=Flr avec lr2=R2+R2 soit lr=R2

Dans le cas de la piste circulaire la force n'est plus constante en direction puisque tangente au cercle.

Néanmoins, on doit pouvoir approximer le travail par :

W=Flc avec lc=R*/2



voila tu me me faire les exercices et me les donner pour voir la difference ?

[zoup1]

Envoyé par sebpoirrier

voila ce que j'ai fait :

Bonjour,

Pour l'exercice N°1

Soit a le pourcentage de la pente et v la vitesse de la voiture (donc celle de la caravane)

a/ Le bilan des forces est le suivant :

Poids de la caravane, vertical , vers le sol et de valeur P=mg

Réaction du sol , perpendiculaire à la pente , vers le sol (au contraire elle est dirigée vers le ciel)

Frottement de l'air, parallèle à la pente, opposée au mouvement, de valeur 1000 N

Traction de la voiture, parallèle à la pente, soit dans le sens du mouvement si la voiture ne freine pas, soit opposée au mouvement si la voiture freine

b/ Puisque la pente est rectiligne et la vitesse v est constante, la résultante des forces est nulle

c) W=P*h avec h=a*L (positif car dans le sens du déplacement)

W=-F*L car opposée au mouvement
Oui c'est cela si a c'est la pente (6%=0,06)

d) La force perpendiculaire au déplacement ne travaille pas.

Puisque la résultante des forces est nulle, son travail est aussi nul:
Oui mais attention, la somme des travaux des forces est bien nulle, mais la justification n'est pas tout à fait correcte. C'est parce que la variation d'énergie cinétique de ton système est nulle que la somme des travaux des forces est nulle. En fait ce doit être équivalent pour des systèmes indéformables en translation mais dès que le système est déformable ou avec une rotation cela peut devenir complètement faux.
donc W+W+W=0

càd W=-(W+W)

soit W=-mgh-(-FL)=FL-mgh

Si positif, est dans le sens du déplacement

Si négatif, est opposée au déplacement.

Soit t la durée du déplacement de longueur L

on a Pm()=W/t

Par ailleurs v*t=L => t=L/v

e/ Le pourcentage de la pente a est égal à h/L si h est la hauteur descendue quand la voiture a parcouru la distance L

Le travail de la force de traction changera de signe quand W+W=0

Soit W=-W

Ce qui arrive pour la hauteur h0 correspondant à la pente a0 telles que

mgh0= -(-FL) soit h0/L=F/mg => a0=F/mg

Pour cet exercice, cela m'a l'ai d'être pas mal du tout !!!

Pour l'exercice 2

Soit G le centre de gravité de la bille

Soit l'angle avec la verticale et la position initiale (=30°)

La bille est soumise à son poids vertical et à la tension du fil qui s'applique en G et est colinéaire à dans le sens inverse (de G vers O)

a/ Le poids qui est une force constante perd la hauteur h telle que son travail soit W=mgh

On voit sur la figure que cos=(l-h)/l, soit h=l(1-cos)

càd si =0 => h=0 et si =90° => h=l

b/ Le poids descend d'une hauteur h et remonte d'une hauteur h : donc son travail est nul

c/ Non car la tension du fil n'est pas une force constante pendant la durée du déplacement ni en direction , ni en valeur.

La valeur à tout instant auquel il y a un angle variable avec la verticale est :

T=mgcos La je ne comprend pas ce que tu veut dire mais justifié du fait que la force de tension n'est pas constante (au moins en direction) est suffisant...

d/Le travail de la force entre 2 instants très proches où on peut la considérer comme constante est nul puisque perpendiculaire au déplacement.

Pour un déplacement de longueur finie, le travail peut être aussi considéré comme nul.

Cela m'a tout aussi l'air excellent
Pour l'exercice N°3

Je pense que tu as fait un schéma

Soit lr la longueur de la piste rectiligne

Soit lc la longueur de la piste rectiligne

a/ Le poids descend d'une hauteur h qui correspond au rayon de la piste circulaire : donc son travail est positif car force et déplacement dans le même sens

donc W=mgR

b/ Comme pour la tension du fil sur la bille du pendule, le travail de la force de réaction est nul puisque perpendiculaire au déplacement

est constante dans le cas de la piste rectiligne

Dans le cas de la piste circulaire, on peut appliquer le même raisonnement que dans le cas du pendule.

c/ Dans le cas de la piste rectiligne, la force de frottement est constante en valeur et en direction, opposée au déplacement

donc W=Flr avec lr2=R2+R2 soit lr=R2

Dans le cas de la piste circulaire la force n'est plus constante en direction puisque tangente au cercle.

Néanmoins, on doit pouvoir approximer le travail par :

W=Flc avec lc=R*/2
Ah!!! enfin un truc avec lequel je ne suis pas d'accord. En tout point du déplacement, la force de frottement est parrallèle au déplacement donc pour le travail pour un petit déplacement est simplement le produit de la norme de la force par le déplacement. Si tu sommes sur tout les déplacement, comme la force de frottement est supposé constante, tu trouves que le travail de la force de force est égale au produit de la force de frottement par le déplaceemet soit F.pi/2.R

Voilà, je t'ai mis en bleu mes commentaires.

Bon et bien cela me semble pas mal... moi j'ai l'impression que tu as compris pas mal de choses sur le travail tout de même.
Pourquoi pensais tu avoir raté se DS.

[sebpoirrier]

je te remercie je pensais l'avoir raté . aller a une prochaine fois et encore merci de ton aide !