Energie cinétique et potentielle

[invite98f6cfb4]

Bonjour à tous, j'ai un exercice qui me pose quelques problèmes en physique et je voudrai votre aide

La consigne est la suivante:

Un bateau à voile de 500kg est soumis à l'action du vent. Sa trajectoire est rectiligne. Les forces réparties qu'exercent le vent et les frottements de l'au sont équivalentes à une force F dont la direction fait un angle de 30° avec la direction du mouvement et orientée dans le sens du mouvement. La vitesse passe de 4 à 10 noeuds sur une distance de 1km. Sachant que 1 noeud = 1.852 km/h

1° Déterminez la valeur de la force F

Pour cela j'ai projeté les forces sur un repère bien que je pense qu'il ne s'agit pas de la bonne solution. Mais j'arrive à Fcos 30 = 0 donc F=0N, c'est faux bien sûr donc j'ai un problème.

2° Quelle est la puissance au début et à la fin du parcourt.
Je sais que P = W (1km) (F) / Delta t

Si je connais la valeur de F, je pourrais calculer W (1km) F qui sera égale à F x AB x cos (0)
Puis la distance, je connais la vitesse qui est de 4 noeud à l'état initial et de 10 noeuds à l'état final. Donc, il me manque juste F.


Merci de votre aide par avance
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[inviteb836950d]

Bonjour
ton bateau accélère, il accélère sous l'influence d'une force, il te faut donc te servir de F=ma pour estimer la force à partir de l'accélération et de la masse du bateau.

[invite98f6cfb4]

Bonjour
ton bateau accélère, il accélère sous l'influence d'une force, il te faut donc te servir de F=ma pour estimer la force à partir de l'accélération et de la masse du bateau.

Merci de cette réponse rapide philou.
Mais nous n'avons jamais vu la formule F= ma, je suis en première S.
Il n'y aurait pas une autre formule ? Sinon, j'utiliserai celle-ci, je serai bien obligé.

[LPFR]

Bonjour.
Drôle de problème. Si encore c'était un char à voile! On ignore la surface de dérive, le frottement avec l'eau, et la résistance de l'eau (vague d'étrave, vitesse limite, etc.).

Je suppose qu'on a oublié de dire que la surface de dérive du bateau à pour effet de maintenir le bateau dans une trajectoire qui n'est pas parallèle à la force F.

Mais je ne vois pas d'où sortez-vous que F cos(30°) = 0.
C'est précisément pas zéro et c'est la force qui accélère le bateau.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[stefjm]

F=dp/dt : variation de quantité de mouvement.

ou bien encore par des considérations énergétiques du genre travail = variation d'énergie cinétique.

[LPFR]

F=dp/dt : variation de quantité de mouvement.

ou bien encore par des considérations énergétiques du genre travail = variation d'énergie cinétique.

Re.
Oui, je suppose que c'est ce que dit Stefjm: on demande de faire le calcul uniquement avec les énergies et le travail.

Je trouve vraiment débile de parler d'énergie et de travail avant les lois de Newton. Est-ce encore une directive ministérielle?
A+

[stefjm]

Je trouve vraiment débile de parler d'énergie et de travail avant les lois de Newton. Est-ce encore une directive ministérielle?

En 1983, c'était déjà ainsi en France.

En seconde : Notion de force. Statique, équilibre.
En première : Énergie cinétique, potentielle, mécanique
En Terminal : F=dp/dt

C'est quoi les lois de Newton?

Je me souviendrait toujours d'un prof de méca qui disait décanieuton pour les forces parce qu'on dit Newton pour l'homme et nieuton pour l'unité en français...

[invite98f6cfb4]

LPFR ne t'inquiète pas, on a fait le chapitre sur les lois de Newton, mais c'est juste que F=ma, je pense que c'est la 2ème loi de Newton qui se voit qu'en terminal, or je suis en 1ère S

Donc stefjm m'a bien aidé

Je pense avoir trouvé, il me faut juste une petite correction de votre part maintenant.

On a W AB(Somme des forces) = Variation Ec en considérant ab la distance d'un km.

Variation Ec = Ec (B) - Ec (A) = 1/2mVB ² - 1/2mVA² = 1/2 x 500 x [ (1.852 x 10) / 3.6 ] - 1/2 x 500 x [ (1.852 x 4) /3.6] = 772 J

Or W (Somme des forces )= W (P) + W(F) =

W (P) = 0 car l'angle formée avec l'horizontal et le poids est droit donc P . AB (scalaire) = 0

Donc W (somme des forces ) = W(F)
Donc W( F) = 772 J

Or W(F)= F x AB x cos (F;AB)
772 = F x 1x10^3 x 1

D'où F = 772 / 1x 10^3 = 0.772 N

J'ai dû me tromper quelque part, car une force faisant même pas 1N, c'est aberrant non?

[LPFR]

Re.
La force qui a fait les 772 J c'est F cos(30) et non F.

Oui, la valeur finale est débile, mais l'énoncé aussi. C'est cohérent dans l'absurdité.
A+

[invite98f6cfb4]

J'ai vu mon erreur! C'est 500 x 10^3 et non 500 car il faut convertir en g

Sinon, ça fait F= 770N
Ca vous paraît ok ?

[invite98f6cfb4]

J'ai vu mon erreur! C'est 500 x 10^3 et non 500 car il faut convertir en g

Sinon, ça fait F= 770N
Ca vous paraît ok ?

Ouah non même pas :S
C'est bien en kg. Vous êtes sûr que c'est pas moi qui a fait l'erreur?

[LPFR]

Re.
Vous avez oublié les carrées des vitesses.
A+

[invite98f6cfb4]

LPFR, j'allais justement le signalé

Mais même avec les carrées j'ai une valeur de 6N. Pfff, quel énoncé !

Je met les détails de mon calcul quand même, si vous pourriez prendre une calculatrice et vérifiez, ce serait bien.

Delta Ec = 1/2 x 500 x [ (1.852 x 10) / 3.6 ]² - 1/2 x 500 x [ (1.852 x 4) /3.6]² = 5544 J

Or W(F)= F x AB x cos (F;AB)
donc 5544 = F x 1x10^3 x cos 30

D'où F = 5544 / (1x10^3 x cos 30) = 6.4 N

2° Ce qui nous ferait une puissance au début de :
D'abord on calcul Delta t. Au début, le bateau roule à 4noeuds donc 7.408 km/h donc 2.06 m/s
V= d/t donc t= d/V = 1x10^3 / 2.06 = 485 s

Donc P = W AB (F) / delta t = 5544 / 485 = 11W

Et à la fin :

La vitesse est de 10 noeuds donc 5.14m/s
t=d/V = 1x10^3 / 5.14 = 195s

Donc P = 5544 / 195 = 28W

Est-ce juste?

[stefjm]

Oui, la valeur finale est débile, mais l'énoncé aussi. C'est cohérent dans l'absurdité.

Je vous laisse ouvrir le fil de compilation sur ce type de sujet?
Genre : On considère un parachutiste pour lequel on néglige tout frottement de l'air sur le parachute...
(Déjà vu sur FSG! )
Cordialement.

[invite98f6cfb4]

En y repensant, je me dis que vu que la force de frottement est orientée dans le sens du mouvement, c'est peut être normal qu'elle ne fait que 6N non?
Car, elle n'avance pas le bateau pratiquement cette force, d'où le fait qu'elle soit peu élevée, enfin je dis ça comme ça. Moi, ce qui m'importe, c'est que mon calcul soit bon

[LPFR]

Re.
Vos calculs sont corrects.

En réalité la force nette qui pousse le bateau est (en général) beaucoup plus grande, mais le bateau est freiné par le frottement avec l'eau et parce qu'il "monte sur sa vague d'étrave". On ne peut, comme dans cet énoncé débile, imaginer le bateau comme on mobile sur un rail sans friction.
Un voilier atteint sa vitesse limite en quelques dizaines de mètres, en tenant compte que la direction et la force du vent dépendent de la vitesse du bateau.

Et effectivement, je me souviens du parachute sans friction avec l'air.
A+

[invite98f6cfb4]

Re.
Vos calculs sont corrects.

En réalité la force nette qui pousse le bateau est (en général) beaucoup plus grande, mais le bateau est freiné par le frottement avec l'eau et parce qu'il "monte sur sa vague d'étrave". On ne peut, comme dans cet énoncé débile, imaginer le bateau comme on mobile sur un rail sans friction.
Un voilier atteint sa vitesse limite en quelques dizaines de mètres, en tenant compte que la direction et la force du vent dépendent de la vitesse du bateau.

Et effectivement, je me souviens du parachute sans friction avec l'air.
A+

Merci LPFR, j'ai ouvert un autre topic pour un deuxième exercice du même chapitre qui me pose plus de problème. Si vous avez le temps, allez y faire un tour s'il vous plaît.

En tout cas, merci à tous de votre aide et bonne journée à tout le monde