Méthode expérimentale de détermination d'un coefficient de frottement.

[invite94c41ad9]

Bonsoir,

Dans le cadre de mon TIPE, je vais devoir déterminer expérimentalement un coefficient de frottement, plus précisément le coefficient de frottement d'une piste de bowling... ^^" J'aurais aimé savoir si vous connaissez des appareils capables de trouver ce coefficient? Ou alors des expériences qui me permettraient de le déterminer sur place?

Toute idée est la bienvenue! =)
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[inviteabd566ec]

Bonjour,

à ma connaissance il n'y a pas d'appareil particulier pour mesurer ça directement. Deux possibilités principalement à mon sens pour le mesurer :
- de manière directe : mesurer l'angle à partir duquel un pavé ayant l'état de surface d'une boule de bowling glisse sur un plan incliné dont l'état de surface est celui de la piste de bowling (la relation de coulomb entre force normale et tangentielle permet de remonter au coefficient de friction statique)
- un peu moins directement dans un expérience de stick-slip : un palet relié à un horizontal dont l'autre extrémité est tirée à vitesse constante. L'avantage c'est que tu n'as pas à démonter une latte de la piste
Dans tous les cas, il est nécessaire d'avoir un pavé et non une boule (ou de tricher, genre trois boules collées en triangle ...) pour être sûr de ne pas avoir de roulement. La surface de contact n'a pas d'importance.

[invite94c41ad9]

Bonsoir,

Merci pour la réponse Franz =)

Pour le palais, l'idée est d'appliquer un principe fondamental de la dynamique au palais et d'essayer de remonter jusqu'au coefficient de frottement?

Mais en fait j'ai un problème de taille, le coefficient de frottement n'est normalement pas uniforme, car le huilage généralement non uniforme sur une piste...

[inviteabd566ec]

Bonsoir,

L'idée est simple : la définition du coefficient de frottement est que quand on ne glisse pas, avec µs le coefficient de frottement, Ft la force tangentielle (force de friction), Fn la force normale (poids). En regardant la force nécessaire pour démarrer le glissement (on a alors le cas d'égalité) et la masse du palet tu obtiens directement µs (c'est la première méthode que j'ai donné).
Après, quand le palet glisse, on a exactement . Mais on a un nouveau coefficient de friction : µd, coefficient de friction dynamique, généralement (toujours ?) inférieur à µs. Du coup si on tire un palet avec un ressort horizontal : au début le palet est à l'arrêt. Le ressort tire de plus en plus, on finit par dépasser le seuil de friction statique () : le palet se met à glisser. À partir de ce moment la force tangentielle est plus faible () : c'est ce qui fait que le palet ne s'arrête pas immédiatement. On peut donc utiliser la formule de newton pour calculer le mouvement du palet qui est soumis à la force du ressort, qui le tire mais qui diminue au fur et à mesure que le palet avance, et à la force de friction. Si on ne tire pas trop vite sur le ressort, le palet va finir par stopper à nouveau, et le cycle reprend. Si on tire trop vite, le palet avance de manière continue. Dans tous les cas, ça te permet de trouver µd.

Pour ce qui est de inhomogénéité de la piste, il n'y a pas 50 solutions : il faut refaire la mesure en différents points, en espérant que l'état de la piste ne change pas trop sur la surface nécessaire à la mesure (bon ça, avec un palet pas trop gros ça doit aller. Après je ne suis pas sûr que avec une méthode "artisanale" disons, tu sois vraiment capable de mettre en évidence ces inhomogénéités. Attention aussi aux autres problèmes possibles : non isotropie de la piste (je ne suis pas sûr que le coefficient de friction transversal soit le même que le long de la piste) ; piste pas plane (il me semble, je ne joue pas assez au bowling pour savoir, mais en même temps ça ne joue que légèrement sur les forces).

[A voir en vidéo sur Futura]

[invited9b9018b]

µd, coefficient de friction dynamique, généralement (toujours ?) inférieur à µs

non pas toujours, si on en croit cet article qui évoque le "Graflon" :
http://www.britastro.org/iandi/manning1.htm

This remarkable substance appears to be the intimate mixture of polytetrafluoro-ethylene (Teflon) and graphite. Not only does it have the lowest coefficient of friction of any solid but also its static coefficient is lower than its dynamic coefficient

Au passage, la relation qui lie le coef de frottement statique à l'angle theta pour lequel l'objet commence à glisser est :
(ça peut être intéressant de le démontrer).

En ce qui concerne la précision de la mesure, je pense que de toute façon ce n'est pas grave si tu n'es pas très précis, après tout les valeurs de coef qu'on trouve dans les tables sont empiriques, et on ne comprend pas très bien ces phénomènes, donc réalise la mesure en plusieurs endroits comme indiqué, ce sera déjà pas mal.

[inviteabd566ec]

µd, coefficient de friction dynamique, généralement (toujours ?) inférieur à µs

non pas toujours, si on en croit cet article qui évoque le "Graflon" :
http://www.britastro.org/iandi/manning1.htm

Oui, je me disais que ce serait bien le diable qu'il n'y ait pas quelques substances exotique où µd>µs ...

[invite94c41ad9]

Bonsoir, merci pour vos réponses, et désolé pour le temps de réponse...
Je comprend à peu prés là ou vous voulez en venir. Je vais d'abord essayer de modéliser mathématiquement la trajectoire, et après essayer de déterminer le coefficient de friction... ^^"

[invited9b9018b]

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