Explications roulement/glissement/frottement, T et N.

[herman]

Bonjour,

J'ai quelques difficultés avec les mots employé au niveau des CNG, du T et du N. (composante tangentielle et normale).

Dans ce domaine, frottement ne veut pas dire que le solide avance ? Autrement dit il peut y avoir frottement avec un solide immobile ? (exemple un être humain qui essaye de pousser une voiture qui a son frein à main serré, il exerce une force sans que la voiture ne bouge).

Imaginons une bille qui roule sur une table inclinée, on ne fait que la déposer sans la pousser puisque la table est inclinée de haut en bas, on peut donc lui donner un N et un T ? Mais une fois que la bille arrive au bout de la table et tombe, on peut encore parler d'un T ? (certainement pas d'un N par contre).

De plus avec seulement deux composantes on définit le glissement/frottement/roulement/pivotement. Comment classez vous (réportiez) ces 4 éléments dans votre tête ?


Merci d'avance.
-----

[physiquantique]

Bonjour,

J'ai quelques difficultés avec les mots employé au niveau des CNG, du T et du N. (composante tangentielle et normale).

Dans ce domaine, frottement ne veut pas dire que le solide avance ? Autrement dit il peut y avoir frottement avec un solide immobile ? (exemple un être humain qui essaye de pousser une voiture qui a son frein à main serré, il exerce une force sans que la voiture ne bouge).

Imaginons une bille qui roule sur une table inclinée, on ne fait que la déposer sans la pousser puisque la table est inclinée de haut en bas, on peut donc lui donner un N et un T ? Mais une fois que la bille arrive au bout de la table et tombe, on peut encore parler d'un T ? (certainement pas d'un N par contre).

De plus avec seulement deux composantes on définit le glissement/frottement/roulement/pivotement. Comment classez vous (réportiez) ces 4 éléments dans votre tête ?


Merci d'avance.

Un solide immobile ne peut engendré de frottement : il faut qu'il y est une poussée P je crois ... après pour les autres questions , je comprends pas tellement ...
Pourrait-tu les reformulées ?

cordialement

[invitec053041c]

Bonjour.

Il y a en général deux cas à distinguer.

Premièremennt: le non glissement

Vu que ça ne glisse pas, il faut bien des frottements au sol, imagine une boule que tu veux faire avancer en roulant. Sans frottements, elle va rester sur place ou se translater.
Dans ce cas, tu sais que le support exerce deux forces sur le solide: une normale N et une tangentielle T.
Avec une relation ||T||=<f ||N||
(On est dans le cône de frottement, donc ça ne glisse pas)


Deuxièmement: il y a du glissement

Dans ce cas,le sol exerce toujours ces mêmes forces, mais avec la relation ||T||=f ||N|| (on est sur le cône de frottement,ça glisse).

Il y a un cas particulier du glissement: pas de frottements du support.
Cela signifie que la réaction du support n'est portée que par N et que T=0.
Cela correspond au cas où f=0.
Tu vois qu'avec ça, tu as toujours T=f.N=0 qqsoit N (donc toujours glissement).


Contrairement à ce que dit physiquantique, un solide immobile peut très bien subir des forces de frottements.

L'homme qui pousse la voiture subit une force horizontale venant de la voiture.
Comme il ne bouge pas, c'est qu'il subit une force T opposée à celle de la voiture.

[physiquantique]

Bonjour.

Il y a en général deux cas à distinguer.

Premièremennt: le non glissement

Vu que ça ne glisse pas, il faut bien des frottements au sol, imagine une boule que tu veux faire avancer en roulant. Sans frottements, elle va rester sur place ou se translater.
Dans ce cas, tu sais que le support exerce deux forces sur le solide: une normale N et une tangentielle T.
Avec une relation ||T||=<f ||N||
(On est dans le cône de frottement, donc ça ne glisse pas)


Deuxièmement: il y a du glissement

Dans ce cas,le sol exerce toujours ces mêmes forces, mais avec la relation ||T||=f ||N|| (on est sur le cône de frottement,ça glisse).

Il y a un cas particulier du glissement: pas de frottements du support.
Cela signifie que la réaction du support n'est portée que par N et que T=0.
Cela correspond au cas où f=0.
Tu vois qu'avec ça, tu as toujours T=f.N=0 qqsoit N (donc toujours glissement).


Contrairement à ce que dit physiquantique, un solide immobile peut très bien subir des forces de frottements.

L'homme qui pousse la voiture subit une force horizontale venant de la voiture.
Comme il ne bouge pas, c'est qu'il subit une force T opposée à celle de la voiture.

désolé d'avoir mal assimilé ce que j'ai appris , je dis n'importe quoi , c'est vrai ...
Alors il peut y avoir frottement avec un solide immobile , ou le solide est immobile à cause du frottement (dsolé si je chipote , mais je suis pas sur de comprendre trop )
Est-cela meme chose ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[herman]

Oui justement c'est le paradoxe qui m'est venu compte tenu que je ne comprenais pas certaines choses.

Je peux difficilement reformuler mais je vais essayer :
- une poussée exercée sur un solide qui reste immobile (un être humain qui essaye de pousser un conteneur par exemple, un cube très lourd et qui ne peut être poussé comme ça. Et bien compte tenu qu'il y a une poussée, peut-on parler d'une réaction normale et d'une composante tangentielle ? (les deux non nuls).

- ensuite vient mon histoire avec la bille. Je pose une bille en haut d'une table inclinée. La bille roulera toute seule, sans poussée initiale. Peut-on là aussi parler d'une réaction normale ET d'une composante tangentielle ? (toujours les deux non nuls évidement).

- la bille arrive au bout de la table et tombe sur 2m par exemple (oui une table très haute ). A ce moment là peut-on parler d'une composante tangentielle ? (la vitesse de la bille est alors égale à cette composante biensur).

[herman]

Bonjour.

Il y a en général deux cas à distinguer.

Premièremennt: le non glissement

Vu que ça ne glisse pas, il faut bien des frottements au sol, imagine une boule que tu veux faire avancer en roulant. Sans frottements, elle va rester sur place ou se translater.
Dans ce cas, tu sais que le support exerce deux forces sur le solide: une normale N et une tangentielle T.
Avec une relation ||T||=<f ||N||
(On est dans le cône de frottement, donc ça ne glisse pas)

Oui c'est donc bien ce que j'avais compris mais personnellement je trouve étrange que la physique parle de frottement lorsque deux solides (objet et sol) ne bougent pas. Pour moi un frottement et par exemple une gomme qui efface un crayonnage sur une feuille. Je sais que c'est stupide de s'arrêter aux mots employés mais quand même.

Deuxièmement: il y a du glissement

Dans ce cas,le sol exerce toujours ces mêmes forces, mais avec la relation ||T||=f ||N|| (on est sur le cône de frottement,ça glisse).

Il y a un cas particulier du glissement: pas de frottements du support.
Cela signifie que la réaction du support n'est portée que par N et que T=0.
Cela correspond au cas où f=0.
Tu vois qu'avec ça, tu as toujours T=f.N=0 qqsoit N (donc toujours glissement).

Oui alors là par contre j'ai un problème d'un ordre différent ^^. Pour moi dès l'instant qu'il y a contact entre deux solides il y a forcément frottements (suite à ce que tu dis dans la première citation que je reprends). Tu peux me donner un exemple où il n'y a pas frottement ? (mais glissement).

Contrairement à ce que dit physiquantique, un solide immobile peut très bien subir des forces de frottements.

L'homme qui pousse la voiture subit une force horizontale venant de la voiture.
Comme il ne bouge pas, c'est qu'il subit une force T opposée à celle de la voiture.

On est bien d'accord que la voiture aussi subit une force T ?



Sinon question supplémentaire que j'avais oublié. Prenons une table horizontale par rapport au sol, on y pose un cube lourd, aucune force à part P n'est exercé sur le cube, il est immobile par rapport au plan de la table et le système cube+table est immobile par rapport aux référentiels galiléens.
Imaginons que cette table soit à une distance de la terre où g' est différent du g au niveau du sol. Par conséquent (vu qu'on a N + mg' = 0) on peut dire : N = mg'. Mettons maintenant le système au niveau de la terre. On a alors N = mg. Autrement dit N change alors que seul le système est en mouvement, je trouve ça très étrange car même si g était très grand N continuerait de compenser . Ce qui me vient à l'esprit et qu'en réalité N a une valeur limite mais fixe (on utilise simplement + de N au fur et à mesure que g augmente) ce qui me semblerait plus logique ? (j'espère être clair ^^).

Désolé sinon pour le post qui suit ta réponse, je reformulais pour physiquantique ^^.

[invitec053041c]

Je peux difficilement reformuler mais je vais essayer :
- une poussée exercée sur un solide qui reste immobile (un être humain qui essaye de pousser un conteneur par exemple, un cube très lourd et qui ne peut être poussé comme ça. Et bien compte tenu qu'il y a une poussée, peut-on parler d'une réaction normale et d'une composante tangentielle ? (les deux non nuls).

Oui bien-sûr.

- ensuite vient mon histoire avec la bille. Je pose une bille en haut d'une table inclinée. La bille roulera toute seule, sans poussée initiale. Peut-on là aussi parler d'une réaction normale ET d'une composante tangentielle ? (toujours les deux non nuls évidement).

Encore et toujours oui. Si ta bille roule, c'est qu'elle prend appui sur quelque chose, et cela est possible seulement avec une composante tangentielle non nulle.

- la bille arrive au bout de la table et tombe sur 2m par exemple (oui une table très haute ). A ce moment là peut-on parler d'une composante tangentielle ? (la vitesse de la bille est alors égale à cette composante biensur).

Lorsqu'elle est en l'air, il n'y a plus aucun contact avec le support, donc T=N=0, disons qu'on ne doit même pas parler de ces forces.
Fais gaffe à ne pas confondre foece et vitesse ! cf ("la vitesse de la bille est alors égale à cette composante ").


Pour répondre à physiquantique, on dirait plutôt: le solide est immobile grâce aux frottements.
Tu dois confondre avec les frottements fluides qui n'agissent qu'à vitesse non nulle. Alors qu'ici, il s'agit de frottements solides.

[cedbont]

Bonjour,

Dans ce domaine, frottement ne veut pas dire que le solide avance ?

Dans certains domaines d'applications, on dit qu'il y a adhérence lorsqu'il y a des forces de "frottement" sans mouvement et frottement lorsqu'il y a mouvement.

Imaginons une bille qui roule sur une table inclinée, on ne fait que la déposer sans la pousser puisque la table est inclinée de haut en bas, on peut donc lui donner un N et un T ? Mais une fois que la bille arrive au bout de la table et tombe, on peut encore parler d'un T ? (certainement pas d'un N par contre).

Je ne comprends pas trop le début. Pour la fin, même si on suppose le contact sans frottement, N existe ! Sinon la bille traverse la table. (Fais un schéma et tu comprendras immédiatement).

De plus avec seulement deux composantes on définit le glissement/frottement/roulement/pivotement. Comment classez vous (réportiez) ces 4 éléments dans votre tête ?

C'est dur de représenter tout ça avec deux composantes. Connais-tu les torseurs ? Si oui, alors en prenant un répère pour le contact entre deux solides, tu peux définir la composante normale de l'effort de frottement, les composantes tangentielles (au nombre de 2), les moments de roulement, pivotement et de roulis (ce n'est pas le terme exact dont je ne me souviens plus, zut). Donc, tu as six composantes !

Vu que ça ne glisse pas, il faut bien des frottements au sol, imagine une boule que tu veux faire avancer en roulant. Sans frottements, elle va rester sur place ou se translater.

Non, il peut y avoir un roulement sans glissement et sans frottement : imagine un monde parfait où une roue parfaite (infiniment rigide) roule sur un sol parfait (infiniment rigide)... sous réserve qu'un monde parfait existe .

- une poussée exercée sur un solide qui reste immobile (un être humain qui essaye de pousser un conteneur par exemple, un cube très lourd et qui ne peut être poussé comme ça. Et bien compte tenu qu'il y a une poussée, peut-on parler d'une réaction normale et d'une composante tangentielle ? (les deux non nuls).

Oui, c'est exact.

- ensuite vient mon histoire avec la bille. Je pose une bille en haut d'une table inclinée. La bille roulera toute seule, sans poussée initiale. Peut-on là aussi parler d'une réaction normale ET d'une composante tangentielle ? (toujours les deux non nuls évidement).

La composante tangentielle peut être nulle ou non (coefficient de frottement nul ou non, roulement sans glissement ou non) mais la composante normale n'est pas nulle.

- la bille arrive au bout de la table et tombe sur 2m par exemple (oui une table très haute ). A ce moment là peut-on parler d'une composante tangentielle ? (la vitesse de la bille est alors égale à cette composante biensur).

S'il n'y a pas de frottements dus à l'air, alors, les frottements sont nuls quelle que soit la composante et la vitesse horizontale reste constante.

[invitec053041c]

C'est pas si étrange qu'il y ait frottements entre objets qui ne bougent as etre eux.
Comment poserais tu une échelle en biais contre un mur s'il n'y avait pas frottement au niveau du sol et du mur ?

Oui alors là par contre j'ai un problème d'un ordre différent ^^. Pour moi dès l'instant qu'il y a contact entre deux solides il y a forcément frottements (suite à ce que tu dis dans la première citation que je reprends). Tu peux me donner un exemple où il n'y a pas frottement ? (mais glissement).

Il n'y a jamais "pas de frottements", f n'est jamais égal à 0.
Mais dans de bonnes approximations, et aussi pour faciliter des calculs, on peut considérer f=0 donc T=0.
Si je jette une pièce sur une patinoire, on peut considérer que f est nul (quasi), donc T=0. Ainsi, quand tu fais tes lois de Newton, tu auras N=mg, et Sommes des forces horizontales=0.
Donc le mobile a une vitesse horizontale constante.

On est bien d'accord que la voiture aussi subit une force T ?

Oui.

Sinon question supplémentaire que j'avais oublié. Prenons une table horizontale par rapport au sol, on y pose un cube lourd, aucune force à part P n'est exercé sur le cube, il est immobile par rapport au plan de la table et le système cube+table est immobile par rapport aux référentiels galiléens.
Imaginons que cette table soit à une distance de la terre où g' est différent du g au niveau du sol. Par conséquent (vu qu'on a N + mg' = 0) on peut dire : N = mg'. Mettons maintenant le système au niveau de la terre. On a alors N = mg. Autrement dit N change alors que seul le système est en mouvement, je trouve ça très étrange car même si g était très grand N continuerait de compenser . Ce qui me vient à l'esprit et qu'en réalité N a une valeur limite mais fixe (on utilise simplement + de N au fur et à mesure que g augmente) ce qui me semblerait plus logique ? (j'espère être clair ^^).

Dans le cas où le poids augmente, il est nécéssaire que N augmente aussi pour que le solide ne passe pas à travers le support .
Après, on en vient à la résistance des matériaux (quelle poids une table peut-elle supporter?), mais c'est un autre domaine.

[invitec053041c]

Non, il peut y avoir un roulement sans glissement et sans frottement : imagine un monde parfait où une roue parfaite (infiniment rigide) roule sur un sol parfait (infiniment rigide)... sous réserve qu'un monde parfait existe .

Je voulais dire qu'un roulement sans glissement suppose l'existence d'une force tangentielle !
D'ailleurs, pour une roue qui roule vers la droite, en regardant au niveau du contact au sol, on voit qu'il faut une force tangentielle vers la droite pour contrer un éventuel glissement.
Donc je n'arrive pas à concevoir de roulement sans glissement avec un f=0...
Avec f=0, la roue tourne sur elle-même et/ou part en translation, mais sans aucune adhérence lui permettant de rouler.
Tu n'es pas d'accord avec moi ?

[cedbont]

Non, pas forcément, imagine :
une roue que j'ai lancé telle que sa vitesse soit V et sa vitesse de rotation V/R. C'est simplement géométrique : la roue tourne à la vitesse qu'il faut pour qu'il n'y ait pas de glissement (frottement).

[herman]

Oui effectivement pour moi la composante tangentielle est un peu ambigüe mais effectivement ce n'est pas une vitesse.

Pour ce qui est du frottement ça me rassure, j'ai bien compris, ce n'est jamais nul, je commençais à douter sur ma compréhension globale (bon après dans un cas parfait effectivement f=0).

Sinon pour ma question de fin (N + mg = 0). J'ai bien compris que N empêche le solide de traverser la table mais ce que je ne comprends pas, c'est qu'on utilise un N variable mais que la table soit loin ou non de la terre, ça ne change pas sa résistance ? Donc N est une constante (la résistance de la table) qui compense jusqu'à un certain niveau le mg (bon mg est mal choisit car toute table compense forcément le mg mais imaginons un mg de + en + grand).

Donc ce qui me choque c'est le N + mg = 0. alors que si on fait varier uniquement g alors N varie aussi ce qui me semble stupide (dans la formulation), après évidement si on considère un Nmax alors on serait ammené à écrire Nmax > mg ce qui voudrait dire qu'on a une force verticale vers le haut ce qui est autant stupide.
ccl : peut-on dire que N est quand même mal définit par la physique ? ^^ (ou que j'en ai une mauvaise définition, + probable déjà ).

[cedbont]

N est rès bien défini : c'est la composante normale au plan de contact de la réaction du support. T est la composante tangentielle.

[herman]

Oui cedbont j'avais bien compris .
Ma question est un peu + profonde. On peut donc dire que la table ajuste le N selon mg ? (une réaction variable autrement) tant qu'elle peut compenser ? (après il y a rupture). Si c'est ça alors j'ai compris la définition entière .

[cedbont]

Oui, N s'ajuste suivant m g et l'accélération de la boule (verticalement) :
m.gamma = N-m.g

[herman]

J'ai retrouvé le dernier point qui me perturbait.

Dans mon cours il y a : T=kN

pas de glissement : k = l'infini

Je n'étais pas sur d'avoir bien compris, cela veut bien dire que T est infini ? (et non que N est très faible).

[cedbont]

Hum, désolé, mais ton cours est franchement bizarre.
Si tu pousses sur une caisse et que celle-ci ne se déplace pas, d'après ton court, c'est soit que T tend vers l'infini et alors tu te prends la caisse dans la gu****, soit que N tend vers 0 et donc la masse de la caisse tend aussi vers 0 (c'est magnifique les dématérialisation, sauf si la caisse est précieus !).
Moi, dans mon cours, j'ai : T<=f.N.
Ce qui veux dire que quand tu pousses la caisse avec un effort inférieur ou égal à f.N, la caisse reste immobile : ton effort est compensé par T.
Quand tu pousses la caisse avec un effort supérieur strictement à f.N, la caisse se déplace et T=f.N n'est pas suffisant pour contrer ton effort.

PS : as-tu déjà entendu parler de cône de frottement ?

[invitec053041c]

Non, pas forcément, imagine :
une roue que j'ai lancé telle que sa vitesse soit V et sa vitesse de rotation V/R. C'est simplement géométrique : la roue tourne à la vitesse qu'il faut pour qu'il n'y ait pas de glissement (frottement).

Oh la magouille .
Cela dit je n'y avais jamais pensé !

[herman]

non non j'ai bien relu et c'est ça :

On introduit un coefficient de frottement de glissement : K = tg(phi) (phi est l'angle limite au delà duquel R ne peut se coucher.)
Dans ce cas on a alors pour une vitesse de glissement fixée :
T = kN

exemple :
- pas de glissement => k = l'infini
- pas de frottement => k = 0
- fer-bois => k = 0,4
- fer-fer => k = 0,15

si non glissement de S1 sur S2, on peut écrire :
0 =< T =< kN

Voilà un extrait de mon cours.

Pour le cone de frottement on l'a vu brièvement en exercice mais pas en cours :/.

[invitec053041c]

Pour "pas de frottement =>f=0" je suis d'accord.

Mais le critère pour "pas de glissement", me semble incorrect...

[herman]

oui je suis en train d'étudier le cone sur wikipedia et effectivement...
ça tombe très bien j'ai méca demain à 8h ^^.

[herman]

je vois qu'on a le cone de frottement et le cone de glissement.
Le cone de frottement est-il une limite ? (on ne peut pas sortir de ce cone ?)

[invitec053041c]

En réalité, il y a deux coeff fd et fs qu'on réduit souvent à un seul:f

Et en effet, tant qu'on reste strictement à l'intérieur du cône de frottement, le mobile ne bouge pas.
Dès que la réaction atteint le bord, alors le mobile se met à glisser et la réaction ne sortira pas du cône, elle restera dessus.
C'est en cela qu'on peut dire que ce cône est un cône "limite" duquel la réaction du support ne peut sortir.

[herman]

Donc même dans un cas idéal, relativiste, que sais-je..., R ne sortira pas du cone ?

Non parce que si c'est bien ça alors dire que K peut être infini est purement ridicule....

De plus faire varier K ainsi signifie faire varier l'angle limite, or une limite....euh, ça ne varie pas ?

[sitalgo]

B'soir,

Parfois les scientifiques, s'ils sont pinailleurs dans leur domaine, sont de vrais je-m'en-foutistes au niveau de la langue.
Quand on utilise un mot existant, c'est mon avis, on ne déforme pas son sens et on s'en tient au dico. Par exemple d'après le TILF : "Action de frotter; contact de deux corps qui se meuvent l'un par rapport à l'autre." C'est clair.

Si un abruti a décidé de dire "frottement d'adhérence", libre à lui de d'exhiber sa nullité. D'ailleurs, je l'ai dit dans un post il y a peu, ça s'appelle un oxymore (moros = fou) que l'on rencontre en littérature ("Cette obscure clarté qui tombe des étoiles", Corneille).

Si on veut parler français, il y a le cône d'adhérence et le cône de frottement, le premier présentant souvent un angle plus ouvert que le deuxième.

[invitec053041c]

Donc même dans un cas idéal, relativiste, que sais-je..., R ne sortira pas du cone ?

Non parce que si c'est bien ça alors dire que K peut être infini est purement ridicule....

De plus faire varier K ainsi signifie faire varier l'angle limite, or une limite....euh, ça ne varie pas ?

Le coeff f ne varie pas entre 2 surfaces définies !

Ce coeff varie si l'on change de matériaux.

[invite43537534]

Bonjours, j'ai lu votre conversation avec attention et je suis un peu surpris ce dont vous avancez sur les frottement; il me semble qu'un solide au repos ne subit pas de forces de frottement, tout ce qu'on peut constater c'est qu'il y a un ensemble de force qui réagissent sur l'objet et inversement, il me semble que les forces de frottement interveinnent uniquement lorsque l'on parle d'un deplacement! normal ces forces de frottement sont à l'origine d'un echauffement pour prendre les pneu d'un véhicule; il est necéssaire qu'il y ait dans ce cas conservation de l'énergie.

[cedbont]

En fait, tu verras plus tard que la loi de Coulomb est une bonne approximation pour un contact entre deux métaux. Pour d'autres matériaux, les coefficients de frottement et d'adhérence varient beaucoup en fonction de beaucoup de choses : surface de contact (en fait ce sont les forces surfaciques qui comptent), température, vitesse de glissement,... C'est trop le pied !
Pour detlaf, si tu as vu le principe fondamental de la statique (ou de la dynamique) ou je ne sais plus quelle loi de Newton, tu sais que si un solide est immobile alors la somme des forces extérieures appliquées au solide est nulle. Pousse une caisse horizontalement, sans que celle-ci ne se déplace. La somme des forces est nulle car il y a absence de mouvement, pourtant selon ton raisonnement où il n'y a pas de frottement, la somme des forces n'est pas nulle, d'où un petit problème théorique.
Toujours pour detlaf, en ce qui concerne la conservation de l'énergie, c'est vérifié : pas de mouvement => vitesse nulle => puissance dissipée par la force null => énergie dissipée nulle (pour un solide indéformable, sinon il peut y avoir accumulation d'énergie à cause de l'élasticité !).

[invite43537534]

merci pour ta réponse fort claire, bien évidemment à partir du momnet où tu appliques une force pour déplacer un objet tu peux parler de frottement, dans le cas d'un système mécanique en équilibre je ne suis pas sûr, quen penses-tu?

[invitec053041c]

Encore à detlaf ():

Pose une échelle contre un mur de telle sorte qu'elle ne soit pas verticale mais un peu penchée.
Si elle tient en place, c'est qu'au niveau des contact échelle/mur et échelle/sol, il y a bel et bien des actions de frottement.
C'est ce qu'on apelle les frottements solides.
Toi, tu fais certainement référence aux frottemet fluides (si je ne m'abuse) qui ne prennent effet qu'à vitesse non nulle.