Ascension Montagne (mécanique)

[leroisinge]

Bonjour,

Pourriez vous me guider sur mon exercice en mécanique s'il vous plait ?
En pièce jointe, vous en trouverez l'énoncé, et je vous proposerais ci dessous mes réponses, ou mes pistes de réflexions pour les questions qui me posent problèmes.

1/ Les forces de frottements qui s'opposent à l'ascension du cycliste sont : les frottements de l'air (résistante de l'air) et les frottements avec le sol.

2/ voir pièce jointe SVP, les forces sont représentés en rouge

3/ La roue a un diamètre de 700 mm. Le périmètre/ circonférence/ un tour vaut 700 pi mm, soit 7 pi/10 m, soit environ 2,19 m (c'est un peu beaucoup non ? mais raisonnable).
Le cycliste fait 14 km, soit 14 * 10^3m.
Donc, le cycliste fait 6366.19 (règle de trois) tour de roues, ce qui est raisonnable.
C'est ca ?

4/ Delta Ep = mgzB - mgzA = (70 * 9.81 * 1.1*10^3) - (70* 9.81 * 0) (on prend l'origine du repère de l'altitude z à l'endroit où le cycliste commente sa course.
Delda Ep = 755 370 J... c'est beaucoup ?

Qu'en pensez vous

5 et 6/ pouvez vous me guider s'il vous plait ?

Merci beaucoup de votre attention.

2 pièces jointes :
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[gts2]

Bonjour,

Question 2 : détail : le vélo descend. S'il n'y a pas de frottement, la réaction est normale à la route ce qui ne parait pas évident sur le dessin.
Question 4 : c'est beaucoup mais il y a dénivelé de 1,1 km et le joule n'est pas une grosse unité (voir l'utilisation courante des kWh)
Question 5 : c'est quoi la définition d'une puissance moyenne ? Comment traduire, d'un point de vue énergétique, sans frottement ?

[jacknicklaus]

question 1: Je vois un petit piège dans la question : le velo avance grâce aux frottements avec le sol. Imagine la route parfaitement verglacée, il n'y a plus de frottements avec le sol, crois-tu que le vélo puisse remonter la pente ?
En revanche, les mécanismes du vélo lui même (paliers, châine, ec..) génèrent du frottement.

question 5 : des Watts, ce sont des Joules par seconde. De quels Joules parle t-on ? De quelles secondes parle t-on ?

question 6 : pour vaincre ces frottements il faut un travail supplémentaire. Un travail c'est une force appliquée le long d'un parcours. De quelle force parle t-on ? De quel parcours ? Qu'est ce que celà change à l'Energie totale déployée par le cycliste ? Qu'est ce que ca change pour la question 5 ?

[leroisinge]

Tout d'abord, merci pour vos retours, j'ai appris des choses !

Bonjour,

Question 2 : détail : le vélo descend. S'il n'y a pas de frottement, la réaction est normale à la route ce qui ne parait pas évident sur le dessin.

Bonjour GTS 2, le vélo remonte la cote, si je ne me trompe pas.
J'ai corrigé sur dans mon classeur, j'ai représenté la réaction de manière normale au sol.

question 1: Je vois un petit piège dans la question : le velo avance grâce aux frottements avec le sol. Imagine la route parfaitement verglacée, il n'y a plus de frottements avec le sol, crois-tu que le vélo puisse remonter la pente ?
En revanche, les mécanismes du vélo lui même (paliers, châine, ec..) génèrent du frottement.

Bonjour JackNicklaus,
J'ai noté votre remarque dans mon cahier ! Merci.
Donc, si je résume, le vélo montre grace aux frottements avec le sol. Par contre, ces frottements ralentissent la descente, c'est ca ?

Les deux frottements dans ma questions sont : les frottements avec l'air et les frottements mécaniques, c'est ca ?

Est ce que j'ai bon aux questions 3 et 4 ?

Question 5 : c'est quoi la définition d'une puissance moyenne ? Comment traduire, d'un point de vue énergétique, sans frottement ?

question 5 : des Watts, ce sont des Joules par seconde. De quels Joules parle t-on ? De quelles secondes parle t-on ?

Pour répondre à vos questions : La puissance est la quantité d'énergie transférée par unité de temps. L'unité est le Joule par seconde, donc le Watt
Mes suppositions : P = F *v. Donc la force qui travaille est le poids, car les frottements sont négligés et la réaction est perpendiculaire à la trajectoire, donc ne travaille pas. C'est ca ? Alors, comment trouver le v ? Enfin, le v peut varier d'un cycliste à un autre ?

question 6 : pour vaincre ces frottements il faut un travail supplémentaire. Un travail c'est une force appliquée le long d'un parcours. De quelle force parle t-on ? De quel parcours ? Qu'est ce que celà change à l'Energie totale déployée par le cycliste ? Qu'est ce que ca change pour la question 5 ?

Avec les frottements, il faudra fournir une plus grande force, plus grande puissance ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[gts2]

La puissance est la quantité d'énergie transférée par unité de temps.

Cela suffit pour répondre : vous avez les deux grandeurs.

[leroisinge]

Puis je avoir un petit indice supplémentaire pour la quantité d'énergie s'il vous plait ?

[gts2]

Quelle énergie doit fournir le cycliste pour gravir la pente ?

[jacknicklaus]

Puis je avoir un petit indice supplémentaire pour la quantité d'énergie s'il vous plait ?

un indice : les questions précédentes servent souvent à résoudre les questions suivantes.

[leroisinge]

Quelle énergie doit fournir le cycliste pour gravir la pente ?

Il doit fournir une énergie pour ne pas monter, et ne pas "retomber" (redescendre la pente) ?

un indice : les questions précédentes servent souvent à résoudre les questions suivantes.

Il y a un rapport avec l'énergie de la question 3 ? (755 370 Kj) ?

[gts2]

Il doit fournir une énergie pour (ne pas ?) monter, et ne pas "retomber" (redescendre la pente) ?

Oui c'est cela, il a donc "lutter" contre quelle force pour monter ?

[leroisinge]

Désolé pour la faute de frappe, je viens de m'en apercevoir, je vous remets la phrase : il doit fournir une énergie pour monter, et ne pas "retomber" (redescendre la pente) ?

Oui c'est cela, il a donc "lutter" contre quelle force pour monter ?

Il faut lutter contre la gravité ? C'est elle qui nous attire vers le bas de la pente ?

[jacknicklaus]

ben oui.

maintenant, avec de la physique au lieu de phrases : le cycliste doit effectuer un travail. Ce travail consiste à exercer une force opposée à la gravité, le long du chemin menant à l'Alpe d'Huez.


Physiquement, pour chaque bout de chemin élémentaire, on calcule le produit scalaire entre la force et le vecteur qui représente le déplacement du centre de gravité du cycliste. Ce déplacement est la somme vectorielle d'un déplacement vertical et d'un déplacement horizontal. le produit scalaire avec le déplacement horizontal est toujours nul car orthogonal. Donc on ne s’occupe que du déplacement vertical. La force est constante (hypothèse que le coureur ne perd pas de poids). Donc la somme des travaux élémentaires est une force opposée et égale au poids, multipliée par le total du déplacement vertical, c'est à dire : (poids) x (différence altitude)

Ô miracle ! Le travail effectué est exactement la variation d'énergie potentielle (question 3). Comme la physique est belle et cohérente, et comme cette notion d'énergie potentielle est puissante et pratique !

[leroisinge]

Ô merci pour votre réponse détaillée Jacknicklaus

Cependant, je n'arrive pas à suivre sur quelques points.

Le travail effectué est exactement la variation d'énergie potentielle (question 3)

Dans ce cas, je n'ai plus besoin de faire de calculs ?
Je pense que non, étant donné qu'il est écrit "en déduire la puissance moyenne".

Pourquoi le total du déplacement vertical = (poids) x (différence altitude) ?

[jacknicklaus]

Pourquoi le total du déplacement vertical = (poids) x (différence altitude) ?

jamais écrit celà !

la somme des travaux élémentaires est une force opposée et égale au poids, multipliée par le total du déplacement vertical, c'est à dire : (poids) x (différence altitude)

[leroisinge]

ah mince !
Merci !

Est ce qu'on aurait pu trouver sans faire de calcul ?
Qu'est ce que j'aurais du faire ? Faire des calculs et voir qu'on retrouve la variation d'énergie potentielle, ou juste le déduire ?

[jacknicklaus]

Il me semble évident, (cf message 8) que le correcteur, dans sa question 5, attend une réutilisation directe de la réponse à la question 4.

[leroisinge]

Merci pour votre accompagnement Jacknicklaus.

Pour la question 4 : c'est plus clair désormais.

Le travail effectué est exactement la variation d'énergie potentielle (question 3

Mais j'ai une question : je cherche une puissance, comment la trouve t'on à partir de la variation d'énergie potentielle de la question 3 ?

Pour la question 5... un petit indice ?
Merciii !

[gts2]

je cherche une puissance, comment la trouve t'on à partir de la variation d'énergie potentielle de la question 3 ?

Vous avez vous même répondu "La puissance est la quantité d'énergie transférée par unité de temps."

[leroisinge]

J'avais dit [QUOTE]La puissance est la quantité d'énergie transférée par unité de temps. L'unité est le Joule par seconde, donc le Watt[/QUOTE]

Le Delta Ep vaut 755 370 J soit 755,370 kJ.

Est ce que la puissance est 755,370 kJ par secondes, ou 755,30 Watt ?

[jacknicklaus]

Est ce que la puissance est 755,370 kJ par secondes, ou 755,30 Watt ?

Deux erreurs en une seule proposition. Réfléchis un peu, quand même, ce n'est pas très sérieux tout çà.

1) "Est ce que la puissance est 755,370 kJ par secondes" ?
Si c'était le cas, tu aurais donc un cycliste qui développe plus des 700.000 joules chaque seconde ! Je sais pas ce qu'il prends comme pot belge celui là, mais c'est de la bonne.

1) "755,370 kJ par secondes ou 755,30 Watt" ?
ah bon ? Donc le Watt, c'est 1000 J/s maintenant ? C'est vrai que tout augmente mais quand même ...

[jacknicklaus]

Je vais finir par penser qui tu réponds n'importe quoi sans réfléchir, juste pour attendre qu'une bonne âme te donne la solution toute cuite.

Tu as eu toutes les indications, en cas de doute relis ton cours. Au travail.

[leroisinge]

juste pour attendre qu'une bonne âme te donne la solution toute cuite.

Mais non, au contraire, je cherche à faire moi même les choses.
C'est juste que la radioactivité (mes autres sujets) et ce que je fais ici est nouveau pour moi... D'ou mes réponses betes !
Je ne cherche pas une réponse gratuite, rassurez moi, ca n'a aucun intéret !

Si c'était le cas, tu aurais donc un cycliste qui développe plus des 700.000 joules chaque seconde ! Je sais pas ce qu'il prends comme pot belge celui là, mais c'est de la bonne.

Ca m'a fait rire.

en cas de doute relis ton cours

Justement, je la puissance dans mon cours, mais je ne trouve pas le moyen de la relier à l'énergie, j'ai fais des recherches internet.

[leroisinge]

rassurez vous *

[gts2]

Je re-re-répète ce que vous avez dit : "La puissance est la quantité d'énergie transférée par unité de temps."

Traduit en "formule" cela donne , que devient cette formule en moyenne ?

[jacknicklaus]

Justement, je la puissance dans mon cours, mais je ne trouve pas le moyen de la relier à l'énergie

Faisons un essai "à l'envers".
Soit X la puissance déployée par un cycliste, on va supposer cette puissance constante. X est donc en W, ou en J/s ce qui revient au même.
Si j'applique cette puissance X inconnue pendant 1 seconde, quelle énergie (en J) ai-je déployé, en fonction de X ?

idem pendant 1 minute ?
idem pendant 36mn 50 s ?

Application à la question 5
-> de quelle energie E parle-t-on dans l'ascension de l'Alpe d'Huez ?
-> de quel temps T parle t-on dans l'ascension de l'Alpe d'Huez ?
-> soit X la puissance cherchée, quelle équation relie X, E et T ?

[leroisinge]

Mais voila ce qui me bloquait !
... c'était les "36mn 50 s".
Je ne savais pas qu'on prenait ce record en " " référence " " pour l'exercice. Je croyais qu'on parlait d'un cycliste lambda, comme vous et moi, je pensais qu'on parlait de la puissance, en moyenne, qu'un cycliste devait fournir pour monter en haut.

Donc ! Pour répondre à vos question Jacknicklaus

Faisons un essai "à l'envers".
Soit X la puissance déployée par un cycliste, on va supposer cette puissance constante. X est donc en W, ou en J/s ce qui revient au même.
Si j'applique cette puissance X inconnue pendant 1 seconde, quelle énergie (en J) ai-je déployé, en fonction de X ?

Pour une seconde, j'ai déployé un X

idem pendant 1 minute ?

Pour une minute, j'ai déployé 60 X ?

idem pendant 36mn 50 s ?

36 min et 50 s c'est 2210 s.
Donc il a déployé 2210 X ?

Application à la question 5
-> de quelle energie E parle-t-on dans l'ascension de l'Alpe d'Huez ?
-> de quel temps T parle t-on dans l'ascension de l'Alpe d'Huez ?
-> soit X la puissance cherchée, quelle équation relie X, E et T ?

-> L'énergie E est l'énergie de la question 4, la variation d'énergie potentielle de pesanteur.
-> On parle de 36 min et 50 secondes, mais ca je viens de le comprendre !
-> X = E/T ?

D'accorddddddd !!!!!!!!

[jacknicklaus]

Tout bon pour ces préliminaires.

maintenant retour à la question 5:

-> de quelle energie E parle-t-on dans l'ascension de l'Alpe d'Huez ?
-> de quel temps T parle t-on dans l'ascension de l'Alpe d'Huez ?
-> soit X la puissance cherchée, quelle équation relie X, E et T ?

Et donc, quelles est la réponse à la question 5 ?

[leroisinge]

(je viens de modifier mon dernier message)

[jacknicklaus]

Oui, mais ca ne me dit pas la puissance en watts qu'on te demande de calculer...


(c'est la Watt que je préfère)

[leroisinge]

Je fais 755370 / 2210 = 341,8 W.
C'est cela?