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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Envoyé par pol92joueur 
f/