Travail et puissance.

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Travail et puissance.

Message par doudou le Ven 15 Jan - 1:29

Besoin d'aide pour un exercice de physique de première S Smile.
Merci pour les volontaires !

Un skieur de masse m=70kg descend à la vitesse constante v=30km/h une piste rectiligne faisant un angle (alpha)=30° avec l'horizontale. Au cours de la descente , il subit une force vecteur F de frottement constante, en permanence opposée au vecteur vitesse de son centre d'inertie. La durée de la descente vaut 60s.

1.Représenter sur un schéma les forces s'exerçant sur la système {skieur} au cours de son mouvement.
2. Que vaut la résultante des forces s'exerçant sur le skieur ? Justifier. Que vaut son travail durant la descente ?
3. Exprimer le travail de chacune des forces s'exerçant sur le skieur.
Laquelle des force(s):
- apporte de l'énergie au système ?
- retire de l'énergie au système ?
- ne modifie pas l'énergie du système ?
4. Déduire des questions 2 et 3 l'expression de la valeur de F. Le calculer.
5. Calculer la puissance de chacune des forces.

Mes réponses :
1. Forces : vecteur P , vecteur R et vecteur F
2. Le centre d'inertie du système a un mouvement rectiligne uniforme ( V=constante) ; il vérifie le principe d'inertie: la résultante vecteur R des forces est nulle, soit : vec R= vec P+ vec F= vec nul. Le travail de vec R est donc nul sur le déplacement AB.
3. W(vec R) = 0 car vec R et vec AB sont perpendiculaires.
W(vec F) = F*AB*cos(180)= -FAB
W(vec P) = P*AB*cos(90+alpha) = -PABsin(alpha)

Je ne suis pas sur pour la question 2 , c'est pourquoi je préfère avoir des avis pour continuer la suite .
Merci encore à ceux qui veulent m'aider ...

doudou

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Re: Travail et puissance.

Message par BenJ le Ven 15 Jan - 1:43

Tu as raison de ne pas être sûr pour la question 2 !
La justification est fausse. En effet, le mouvement d'un objet mobile doit nécessairement être étudié par rapport à un référentiel. La trajectoire, et le mouvement, vont dépendre du référentiel dans lequel on se place. Exemple : une roue de vélo. La trajectoire de la valve décrit une cycloïde par rapport à la route, mais elle décrit un cercle par rapport au cycliste sur le vélo.

La première chose à faire et donc de définir le référentiel d'étude.

Ensuite, deuxième chose, le principe d'inertie ne s'applique que dans les référentiels inertiels (ou galiléen, c'est la même chose). Comment savoir si ton référentiel est inertiel ? Pour des expériences dont la durée est courte par rapport à la rotation de la Terre (de l'ordre de quelques dizaine de minutes), on peut considérer qu'un référentiel lié au sol est galiléen.
Ensuite, il faut savoir que tout référentiel en MRU par rapport à un autre référentiel galiléen est lui-même galiléen. Par contre, très important, un référentiel qui ne se déplace pas en MRU par rapport à un autre référentiel galiléen n'est jamais galiléen, et le principe de l'inertie ne s'y applique donc pas !!

Exemple pour comprendre : Tu prends une ficelle et une bille. Tu accroches un bout de la ficelle à la bille et l'autre bout à un axe qui va tourner sur lui-même. La bille décolle et a un mouvement de rotation autour de l'axe.
Plaçons nous dans le référentiel du laboratoire, qui est galiléen. La bille n'est pas en MRU, c'est un mouvement circulaire. D'après le principe de l'inertie, la somme des forces qui s'applique sur la bille n'est pas nulle (et en effet, c'est bien le cas !!)
Maintenant, plaçons nous dans un référentiel liée à la bille. Ce référentiel est en rotation par rapport au référentiel du laboratoire. Dans ce référentiel, la bille est immobile, et elle est donc en MRU (v=0 est un cas particulier de MRU). Pourtant, la somme des forces n'est pas nulle ! Pourquoi ? Parce que le référentiel lié à la bille n'est pas galiléen !!

Ainsi donc, pour répondre à la question 2, il faut dire que tu te places dans un référentiel galiléen, et que dans ce référentiel galiléen, l'objet est en MRU. Comme ce référentiel est galiléen, le principe de l'inertie s'applique, et donc, la résultante des forces est nulle.


Dernière édition par BenJ le Sam 16 Jan - 1:38, édité 4 fois

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Re: Travail et puissance.

Message par doudou le Sam 16 Jan - 0:31

D'abord je voulais vous remercier d'avoir pris le temps de répondre et puis merci pour l'explication car je comprends beaucoup mieux maintenant:).
Est-ce que la question 2 est aussi faux ?

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Re: Travail et puissance.

Message par BenJ le Sam 16 Jan - 1:40

Il faut me tutoyer !

Pour la question 3 tu veux dire ? J'ai traité la question 2 au-dessus.
Pour la trois, W(R) et W(F) sont justes. Par contre, j'ai attention au calcul de W(P), tu t'es trompé dans l'angle Wink

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Re: Travail et puissance.

Message par doudou le Sam 16 Jan - 14:54

Euh oui , je voulais dire la question 3 désolé.
Par contre pour l'angle je vois pas ce que ça peut être ..

La force qui apporte de l'énergie est F , celle qui retire de l'énergie est P et celle qui ne modifie pas l'énergie du système est R.
Pour les forces F et P je ne suis pas sur ...

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Re: Travail et puissance.

Message par doudou le Sam 16 Jan - 14:58

Ah non enfaite je pense que les forces F et P retirent de l'énergie et que R ne modifie rien et il n'y en a aucune qui apporte de l'énergie.

doudou

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Re: Travail et puissance.

Message par BenJ le Sam 16 Jan - 15:17

Quand tu descends un pente, qu'est-ce qui te fait descendre ? Quand tu montes une pente, pourquoi c'est dur est fatiguant ? Ca devrait te permettre de corriger tes erreurs Wink

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Re: Travail et puissance.

Message par domi le Sam 16 Jan - 16:24

doudou a écrit:Ah non enfaite je pense que les forces F et P retirent de l'énergie et que R ne modifie rien et il n'y en a aucune qui apporte de l'énergie.
Bonjour,
J'aimerais connaitre le raisonnement physique qui te conduit à une telle conclusion! Comment imaginer un mouvement sans apport d'énergie! Et comment une force peut-elle bien "retirer" de l'énergie? Il y a comme un "schisme" dans ta compréhesion de ce qu'est une force et l'énergie!!! Il va falloir qu'on revoit ça....

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Re: Travail et puissance.

Message par doudou le Sam 16 Jan - 18:07

Le raisonnement qui m'amène à cela est simplement les calculs que j'ai fait auparavant , lorsque c'est négatif j'en déduis que la force retire de l'énergie et W(R)=0 donc elle ne modifie rien.

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Re: Travail et puissance.

Message par domi le Sam 16 Jan - 18:12

les calculs ne sont pas un raisonnement... Lorsque quoi est négatif en déduis-tu que la force "retire" de l'énergie? Que veut dire dans ton langage "retirer de l'énergie"?

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Re: Travail et puissance.

Message par doudou le Sam 16 Jan - 18:35

Lorsque le travail de le force est négatif j'en déduis qu'elle retire de l'énergie au système c'est à dire qu'elle n'est pas favorable , enfin je ne sais pas comment expliquer =/

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Re: Travail et puissance.

Message par domi le Sam 16 Jan - 18:46

Dommage que tu ne saches pas l'expliquer, mais ce forum est fait pour ça, pas pour corriger bêtement les exercices....
Donc, lorsque le travail d'une force est négatif, tu en déduis que la force retire de l'énergie au système considéré. Mais qu'est-ce qu'une force pour toi? Comment une force peut-elle diminuer une énergie? Est-ce que force et énergie sont deux concepts de même dimension en physique (dimension au sens analyse dimensionnelle)?
Tu disais plus haut que le poids retirait de l'énergie au système, tout comme la force de frottement! Ne crois-tu pas qu'il y a là une contradiction?

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Re: Travail et puissance.

Message par doudou le Dim 17 Jan - 15:57

Je suis seulement en première , je ne comprends pas vos questions ...

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Re: Travail et puissance.

Message par domi le Dim 17 Jan - 19:30

doudou a écrit:Je suis seulement en première , je ne comprends pas vos questions ...
bah, même en première tu dois être capable de définir ce qu'est une force, puisque tu emploies le terme...
c'est toi qui écris qu'une force diminue l'énergie d'un système.... Qu'entends-tu par là?
Quant à la dimension respective de l'énergie et d'une force, on peut aborder le problème par les unités : quelles sont leurs unités? D'après toi peut-on soustraire des pommes à des oranges? A moins que cela ne soit pas ce que tu aies voulu dire (ce que je crois...). Mais dans ce cas, que voulais-tu dire exactement? La précision est essentielle en physique! Rappelle toi la citation de Boileau : " Selon que notre idée est plus ou moins obscure, L'expression la suit, ou moins nette ou plus pure. Ce que l'on conçoit bien s'énonce clairement, Et les mots pour le dire arrivent aisément !"

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Re: Travail et puissance.

Message par doudou le Dim 17 Jan - 20:35

A vrai dire je suis incapable de donner une définition exact de "force".
Je pense pouvoir me débrouiller pour la suite de l'exercice , merci quand même .

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Re: Travail et puissance.

Message par domi le Dim 17 Jan - 20:42

Attends!!! tu comptes faire un exo de physique et progresser en physique en admettant que tu ne sais pas la définition de ce qu'est une force!!! Tu plaisantes !!
Connais-tu au moins la définition de ton cours?

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Re: Travail et puissance.

Message par doudou le Dim 17 Jan - 20:44

En regardant mon cours , je ne vois aucune définition de force ... tout comme dans mon livre .

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Re: Travail et puissance.

Message par domi le Dim 17 Jan - 20:49

oh, tu rigoles!! c'était peut être dans le cours de seconde... Et puis, il n'y a pas que le livre! je ne peux pas imaginer que tu puisses faire un exo sur les forces et le travail sans en connaitre les définitions! Je te recommande vivement de les chercher. Si tu ne les trouves pas, je te les donnerai!

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Message par doudou le Dim 17 Jan - 20:53

Une force est une interaction entre deux objets et un travail est lorsqu'une force apporte ou enlève de l'énergie je pense ...

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Re: Travail et puissance.

Message par domi le Dim 17 Jan - 21:04

doudou a écrit:Une force est une interaction entre deux objets et un travail est lorsqu'une force apporte ou enlève de l'énergie je pense ...
Une interaction entre deux objets... c'est assez imprécis ça!
Tout d'abord, la notion de force n'est pas une notion essentielle en physique, contrairement à ce qu'on croit. En mécanique, on utilise plutôt la quantité de mouvement et l'énergie. Dans d'autres branches, on parle d'interaction de champs!
La notion de force en mécanique est newtonnienne, et dans le cadre de la méca classique du secondaire, on utilise la définition de Newton : une force est une action (Newton ne précise pas ce qu'il appelle "action") qui provoque ou modifie un mouvement! C'est exprimé dans la seconde loi : F = ma , la force est proportionnelle à l'accélération. La première loi dit : pas de force, pas de mouvement ou pas de modification de mouvement.
Tu me suis jusque là?

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Re: Travail et puissance.

Message par doudou le Dim 17 Jan - 21:20

Oui, c'est très clair !

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Re: Travail et puissance.

Message par domi le Dim 17 Jan - 21:26

Bon, donc une force, au sens de Newton, modifie un mouvement....
maintenant, quelle relation entre une force et l'énergie d'un système. Prenons l'exemple de l'énergie potentielle de gravitation. Qu'en penses-tu?

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Re: Travail et puissance.

Message par doudou le Dim 17 Jan - 21:38

Je n'ai pas compris là...

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Re: Travail et puissance.

Message par domi le Dim 17 Jan - 21:44

Tu affirmes que le poids retire de l'énergie au système, c'est donc que tu établis une relation entre la force "poids" et l'énergie du système: quelle relation?

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