[TS] Lois de Newton

[invite621f0bb4]

Bonjour à tous !
Nous avons commencé les révisions de physique pour le BAC et il y a un exercice qui me pose problème. On a essayé de le faire aujorud'hui avec la prof et pas moyen...
Je vous mets l'énoncé, j'aimerais au moins savoir s'il est exact, moi j'ai des doutes...

Au cours d'un déplacement, la gymnaste lance le ballon au-dessus d'elle. Le rattrapera-t-elle systématiquement ?
On pose les hypothèses suivantes :
-La gymnaste se déplace en ligne droite avec une vitesse V constante.
-Elle lance le ballon verticalement à la vitesse v
(V et v sont des vecteurs)

Démotnrer que la gymnaste récupère le ballon systématiquement (quelque soit V et v) ssi elle maintient son mouvement rectiligne uniforme.

Pour moi il est évident que si on lance verticalement le ballon à 10 000 m.s^-1 en avançant à 20 000 m.s^-1, alors elle récupérera pas son ballon (quand il retombera dans très longtemps, la gymnaste sera partie depuis très longtemps)

Alors voilà, sans avoir un corrigé j'aimerais savoir ce qui ne va pas, dans mon raisonnement ou dans mon énoncé...
Merci d'avance !
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[interferences]

Bonjour,

Le piège c'est de confondre la composante horizontale et la composante verticale de la vitesse.
Le ballon et la gymnaste ont des vitesses différentes mais avec une composante horizontale égale.
C'est un problème de référentiel.
Dans ton exemple le ballon sera lui aussi animé d'une vitesse horizontale de 20 000m.s-1.
Si bien que si l'on se place dans le repère de la gymnaste, elle verra le ballon monter et redescendre de la même manière que si elle était à l'arrêt.
C'est un référentiel galiléen.

Au revoir

[invite621f0bb4]

Merci de la réponse.
Mais je ne suis pas tout à fait d'accord...
Le ballon est lancé verticalement, quelque soit le référentiel son mouvement est le même, non ? Pour la gymnaste qui continue d'avancer le ballon monte et s'éloigne. Du point de vue du ballon, il ne bouge pas mais la gymnaste s'en va...
Quant aux confusions de composante, on a fait quelques calculs en cours pour essayer de trouver une solution et on a bien remarqué que pour le ballon, la composante horizontale est nulle. Pour la gymnaste, c'est la composante verticale qui est nulle. Les deux trajectoires ne peuvent donc pas se croiser...

[interferences]

Re,

Elle est animé d'une vitesse V par rapport au référentiel terrestre quand elle lance le ballon donc si on se place toujours dans le référentiel terrestre le ballon a une composante horizontale de sa vitesse égale à V.
Sinon si elle lance le ballon puis accélère pour atteindre une vitesse V alors c'est sûr le référentiel de la gymnaste n'est plus un référentiel galiléen.

Au revoir

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite621f0bb4]

Ben... Ca me parait pas si évident que ça...
Parce que par rapport à la Terre, le lancer est vertical, donc pour moi peu importe la vitesse du lanceur. On peut tout à fait lancer un stylo en courant (on l'a fait ) verticalement, il n'a aucune composante horizontale dans ce cas, si ? En tout cas ca me parait pas évident à concevoir.

EDIT : verticalement par rapport à l'axe des abscisses du repère terrestre.

[interferences]

Oui mais le ballon elle le porte...donc il a déjà une vitesse horizontale non (avant de le lancer) ?

PS : J'ai l'impression que tu fais exprès de pinailler sur quelque chose de simple

[invite621f0bb4]

Oui, mais au moment où elle le lance la composante horizontale va s'annuler, le trajet du ballon est parfaitement "droit", sa vitesse s'annule à un moemnt donné et il retombe... tout droit.
Mais c'est vrai que c'est évident qu'il ne faut pas partir comme ça, sinon l'exo est insoluble. Néanmoins c'est comme ça que je vois la situation...

[invite621f0bb4]

Ps parce que j'avais pas vu ton Ps ^^ : Ben oui et non. Voir mon message 7. C'est vrai que je me doute qu'il faut pas penser comme ça, pourtant je me vois mal penser quelque chose de faux juste pour résoudre l'exo. Enfin j'ia du mal à exprmier ce que je pense ^^

[interferences]

Elle lance le ballon verticalement par rapport à elle à la vitesse v (c'est plus clair )

C'est vrai qu'il faut à chaque fois préciser le référentiel, néanmoins je te déconseille de répondre que l'énoncé est mal fichu le jour du bac.

Sur ce bonsoir.

[invite621f0bb4]

En tout cas merci, je vais refaire l'exo en admettant que v a une composante horizontale, mais j'ai vraiment du mal à le visualiser

[invitecaafce96]

Bonjour,
Pour visualiser, c'est simple : 2 problèmes différents . 1- La gymnaste lance le ballon tant qu'elle est arrêtée puis démarre ensuite . 2 - La gymnaste lance le ballon alors qu'elle est en mouvement .
Un grand classique : A l'arrière d'un bateau marchant à 10 m/s , un passager tire une balle de revolver bien verticalement ; le temps de vol de la balle est de 4 secondes : A quelle distance du bateau retombe la balle ?

[invite5e279b10]

en avançant à 20 000 m.s^-1

bon déjà 20 000 m/s ça fait 20 km/s soit 72 000 km/h et le le cent mètres en 0,005s. Pas mal! Faut la présenter aux jeux olympiques! même en prenant 20m/s elle le fait en 5s.

[invite5e279b10]

ensuite cet exercice n'a rien à voir avec les lois de Newton qui ont trait à la dynamique.

[albanxiii]

Bonjour,

La gymnaste se déplace à vitesse constante par rapport au référentiel terrestre, considéré intertiel (galiléen en franco-français). Le référentiel lié à la gymnaste dans lequel sa vitesse est nulle est donc intertiel lui aussi. L'exo est plié, pas besoin d'écrire la moindre ligne de calcul.

@+

[invite621f0bb4]

ensuite cet exercice n'a rien à voir avec les lois de Newton qui ont trait à la dynamique.

D'une part j'ai choisi exprès des vitesses déraisonnables, étant donné que v et V peuvent prendre n'importe quelle valeur...
Pour ta deuxième remarque, sache que cet exercice figure dans le chapitre "Lois de Newton". Ce qui me parait logique (étude de trajectoire grace à la RFD, etudes de référentiels etc...)

Et Alban, j'ai pas tout compris
Je ne vois pas en quoi le fait que le référentiel soit intertiel nous permet de dire que les vitesses sont identiques (c-a-d nulles)

[invite621f0bb4]

Ps : j'avais pas vu la réponse de Catmandou.

Je dirais qu'elle se trouve à 40m du bateau, puisque pendant les 4 secondes de vol, le bateau avançait et a parcouru 10m*4=40m.

[Nicophil]

Bonjour,

Ben... Ca me parait pas si évident que ça...
Parce que par rapport à la Terre, le lancer est vertical, donc pour moi peu importe la vitesse du lanceur. On peut tout à fait lancer un stylo en courant (on l'a fait ) verticalement, il n'a aucune composante horizontale dans ce cas, si ? En tout cas ca me parait pas évident à concevoir.

Ce n'est pas forcément si évident que ça, c'est vrai... Cf. http://webcache.googleusercontent.co...ient=firefox-a
Enfin, normalement, le principe d'inertie est de niveau collège il me semble...

Le ballon est lancé verticalement, quel que soit le référentiel son mouvement est le même, non ? Pour la gymnaste qui continue d'avancer le ballon monte et s'éloigne. Du point de vue du ballon, il ne bouge pas mais la gymnaste s'en va...

Le mouvement est relatif au référentiel dans lequel on le mesure. C'est d'ailleurs ce que tu décris: les "points de vue" du gymnaste et du ballon sont différents.

Quant aux confusions de composante, on a fait quelques calculs en cours pour essayer de trouver une solution et on a bien remarqué que

Tu es en train de nous dire que la prof ne savait pas comment trouver la solution?

ensuite cet exercice n'a rien à voir avec les lois de Newton qui ont trait à la dynamique.

C'est un exercice basique de cinématique newtonienne, avec des référentiels newtoniens, d'application du principe galiléen de la relativité du mouvement.
La 1ère loi de Newton est considérée comme une définition du principe d'inertie.

[b@z66]

En tout cas merci, je vais refaire l'exo en admettant que v a une composante horizontale, mais j'ai vraiment du mal à le visualiser

Ben, c'est un principe de base: un objet continue à suivre une trajectoire rectiligne et UNIFORME(vitesse constante) tant qu'aucune force n'est appliquée. Dans le cas de la gymnaste, la vitesse horizontale du ballon est V tant que la gymnaste le porte et ensuite sa vitesse horizontale est toujours V car la gymnaste n'a appliquée qu'une impulsion verticale au ballon, et non horizontale.

PS: tu n'as qu'à suivre le mouvement d'une mouche en vol dans une voiture en mouvement constant pour voir qu'elle ne se retrouve pas plaquée à la vitre arrière.

[invite621f0bb4]

Ha ben merci B@z66, là je crois avoir bien compris ce qu'il se passe !
Et merci Nicophil aussi, ma réflexion sur les référentiels était en effet erronée.

Le principe d'inertie je ne me souviens plus l'avoir vu en collège mais c'est possible.
En tout cas je maintiens que la prof n'a pas réussi à le faire sur le coup, elle nous a dit qu'on le finirait demain. Elle a été gênée par le fait que le lancer soir vertical, c-a-d que le vecteur vitesse du ballon n'ait pas de composante horizontale. Mais apparemment il en a bien une... qui est celle de la gymnaste.
Du coup ils ont la même composante horizontale donc elle le récupère forcément (car quand il retombera, il aura parcouru la même "distance horizontale"), c'est bien ça ?

En tout cas merci de votre aide !

[Nicophil]

En tout cas je maintiens que la prof n'a pas réussi à le faire sur le coup, elle nous a dit qu'on le finirait demain. Elle a été gênée par le fait que le lancer soir vertical, c-a-d que le vecteur vitesse du ballon n'ait pas de composante horizontale.

Du coup ils ont la même composante horizontale donc elle le récupère forcément (car quand il retombera, il aura parcouru la même "distance horizontale"), c'est bien ça ?

MANDIEU !!! On en est là alors ?

C'est bien ça: c'est enfantin. Il suffit d'imaginer un lancer vertical de ballon (ou de pièce pour faire un pile ou face) dans un TGV, qui file à presque 100 m/s.
Ou dans un avion. Evidemment, il ne faut pas ouvrir les "fenêtres", ni dans l'avion ni dans le TGV...

[invite621f0bb4]

Oui ok, j'ai bien saisi le truc maintenant.
(J'imagine que le "MANDIEU" était pour la prof, en tout cas je verrais bien demain ce qu'elle en pense ^^)

[invitecaafce96]

Ps : j'avais pas vu la réponse de Catmandou.

Je dirais qu'elle se trouve à 40m du bateau, puisque pendant les 4 secondes de vol, le bateau avançait et a parcouru 10m*4=40m.

Le piège classique : la balle retombe sur le bateau . Au moment du tir , la balle possède la vitesse horizontale du bateau et la conserve ( si pas de résistance de l'air ) .

[invite621f0bb4]

Oui, avec les explications précédentes ça me parait évident maintenant !
Merci !

[invite5e279b10]

C'est un exercice basique de cinématique newtonienne

je ne sais pas s'il existe une cinématique newtonienne; de mon temps on étudiait la cinématique tout cours, mais peut-être cela a-t-il changé aussi.

[albanxiii]

Re,

Et Alban, j'ai pas tout compris
Je ne vois pas en quoi le fait que le référentiel soit intertiel nous permet de dire que les vitesses sont identiques (c-a-d nulles)

De quelles vitesses parlez-vous ?

@+

[Nicophil]

de mon temps on étudiait la cinématique tout cours, mais peut-être cela a-t-il changé aussi.

Avant 1905 donc... Quel dinosaure!

[Nicophil]

(J'imagine que le "MANDIEU" était pour la prof, en tout cas je verrais bien demain ce qu'elle en pense ^^)

Oui.
Mais au fait... vous avez étudié la Relativité d'Einstein cette année ?