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Physique : Energie interne - Moment Cinétique



  1. #1
    Compol

    Post Physique : Energie interne - Moment Cinétique

    Salut , voici un exercice de physique de terminale que je n'arrive pas à comprendre très bien:

    Un disque D de masse M=3,2 kg et de rayon R=5,0 cm tourne sans frottement autour d'un axe horizontal confondu avec son propre axe de rotation OO'. Sur la périphérie du disque on enroule un fil très fin, inextensible, souple et de masse négligeable.
    1) Le disque étant au repos, on tire sur le fil avec une force constante, de module F, tangentiellement au disque pendant 2,0 s. Au bout de ces 2, le disque tourne à la fréquence 8 tours/s. Calculer F.

    2) On fait tourner le disque à la vitesse 80 tours/s ; on le freine jusqu'à l'arrêt. Calculer la quantité de chaleur dégagée dans le frein.


    La réponse que notre professeur nous a proposée est la suivante:

    1) on prouve que la force tangentielle appliquée au disque est la même que la force qu'on applique au fil, car le fil est de masse négligeable , donc F = T = T1 (F force qu on applique , T tension du fil , T1 force tangentielle appliquee au disque).
    En appliquant le théorème du moment cinétique : d(sigma)/dt=Somme[M(Fext/axe)]
    Poids et réaction ont un moment nul, seul T1 a un moment non nul. T1 et de meme sens que F et de même norme.
    Passons au taux d'accroissement, puisque M(T1/axe) est constant.
    delta(sigma)/delta(t) = M(T1/axe)
    =(sigma finale - sigma initiale)/delta(t)
    or sigma initiale=0
    =>sigma finale/delta t = (M*r^2*teta'/2)/delta t
    AN: F=2 N

    b) Si j'ai à peu près compris toutes les étapes de la résolution du a.; je ne comprends toujours pas la méthode employée par le prof dans cette solution:

    Lorsqu'un système n'échange avec l'extérieur que du travail et de la chaleur l'énergie interne du système varie elle s'écrit :
    delta U = delta Em + Q
    On choisit le système (disque, frein) ce système est considéré comme isolé. Ainsi Ui = Uf et delta U = 0
    Donc Q=-delta Em
    Comme Epp=cte , c'est Ec qui varie.
    Q=Emi - Emf = Eci - Ecf
    Comme le disque s'immobilise, Ecf = 0 J
    Par suite Q=1/2*J*(teta'i)^2= 1/2* (M*r^2*(teta'i)^2)/2
    Ce qui donne Q=5*10^2 J


    ->Comment est-ce possible d'obtenir une Q positive si le système se réchauffe quand on freine , donc il donne de l'énergie, Q devrait être négative
    En plus, comment avons nous le droit de dire que le système (frein,disque) est thermiquement isolé si justement on prouve à la fin qu'il perd de la chaleur vers l'extèrieur ... A moins que cela ne se passe que pratiquement et qu'en théorie il soit possible de freiner de manière a ce qu'aucune chaleur ne soit échangée avec le milieu extièrieur ... ??? Dans ce cas Q ne serait qu'une delta Q , puisque la chaleur perdue par le frein , le disque la gagnera, ou bien l'inverse, mais il reste très étrange d'obtenir une valeur positive comme unique solution ...
    Je suis un peu perdu dans la résolution globale de se problème et surtout b.
    J'espère que ceux d'entre vous qui ont eu le courage de lire cet exercice et les questions posées donneront leur avis et tentrons de m'éclairer, merci d'avance.

    -----


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  3. #2
    tempsreel1

    Re : Physique : Energie interne - Moment Cinétique

    bsr, le moment cinetique n'est pas au programme de terminale

  4. #3
    Compol

    Re : Physique : Energie interne - Moment Cinétique

    Cher tempsreeel1 , la question n'est pas de savoir si le moment cinétique est au programme de terminale ou pas. En tout cas le moment cinétique est au programme de la terminale scientifique libanaise , sciences générales. (Je prépare aussi bien le bac libanais que le bac français).
    SVP , si vous avez une réponse pertinente sur la question posée , veuillez la poster, merci.

  5. #4
    philou21

    Re : Physique : Energie interne - Moment Cinétique

    Bonsoir
    tu cherches peut être midi à 14 h ...
    la question est sans doute tout simplement : quelle est la quantité de chaleur produite par le système et la réponse est bien évidemment que toute l'énergie cinétique est transformée en chaleur lors du freinage. Peut importe le devenir de cette chaleur ...qui va sans doute s'évacuer vers l'extérieur...

  6. #5
    Compol

    Re : Physique : Energie interne - Moment Cinétique

    :O je vais y penser

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    tempsreel1

    Re : Physique : Energie interne - Moment Cinétique

    c'est plus correct.
    bon, l'energie cinetique perdue se retrouve sous forme de chaleur à l'interieur du systeme

    le moment d'inertie d'un disque est 1/2.Mr²

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  10. #7
    Compol

    Re : Physique : Energie interne - Moment Cinétique

    Merci de vos réponses, mais je me pose une autre question :
    Pourquoi avons-nous le droit de passer au taux d'accroissement; quel est sons sens mathématiquement ?

  11. #8
    tempsreel1

    Re : Physique : Energie interne - Moment Cinétique

    dsigma/dt est constant donc sigma est proportionnel à t. Graphiquement la representation de sigma en fct de t est une droite . Des lors derivée et taux d'accroissement sont confondus

  12. #9
    Compol

    Re : Physique : Energie interne - Moment Cinétique

    Merci beaucoup tempsreel1 et philou21, j'ai enfin grâce à vous une bonne vision globale du problème et de sa solution.


  13. #10
    philou21

    Re : Physique : Energie interne - Moment Cinétique

    Citation Envoyé par pol92joueur Voir le message
    Merci de vos réponses, mais je me pose une autre question :
    Pourquoi avons-nous le droit de passer au taux d'accroissement; quel est sons sens mathématiquement ?
    si df/dt est une constante alors f/t sera égal à cette constante quelque soit le

    par exemple prends le cas d'une vitesse. Si la vitesse est constante sur tout le trajet, sa valeur est (longueur du trajet)/(durée du trajet)

    edit : pas assez rapide...

  14. #11
    philou21

    Re : Physique : Energie interne - Moment Cinétique

    Citation Envoyé par tempsreel1 Voir le message
    bsr, le moment cinetique n'est pas au programme de terminale
    C'est vrai ??
    depuis quand ?

  15. #12
    Compol

    Re : Physique : Energie interne - Moment Cinétique

    Citation Envoyé par philou21 Voir le message
    C'est vrai ??
    depuis quand ?
    le moment cinétique est au programme de la terminale scientifique libanaise

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