proposition d'idée de TIPE 2009-2010 : le frottement sec entre deux surfaces

Bonjour,
Sur le thème SURFACE, je vous propose d'étudier le frottement sec entre deux surfaces et d'étendre cette notion à différents phénomènes physiques, par exemple, le grincement d'un craie sur le tableau (sujet de TD bien connu à UPMC) ou à un modèle simpliste des tremblements de terre.
On pourrait partir sur ce qu'est le frottement sec, puis sur la modélisation du frottement entre deux surfaces qui coulissent. il est assez simple de trouver quelques expériences à mettre en oeuvre (une petite pierre qui se déplace sur une grande pierre). Et pour la modélisation, je vous proposerai une page adéquate sur TangenteX.com (un programme de simulation du dépalcement d'un patin avec frottement évidemment!

Dominique

Bonjour,
Je trouve votre idée sur les frottements secs entre deux solides trés intéressante. Je me suis donc penchée sur le sujet, mais je n'arrive pas à dégager de problématique. Pourriez-vous m'aider?
Merci

Crahet Daqvina a écrit:Bonjour,
Je trouve votre idée sur les frottements secs entre deux solides trés intéressante. Je me suis donc penchée sur le sujet, mais je n'arrive pas à dégager de problématique. Pourriez-vous m'aider?
Merci

Bonsoir,
Oui, bien sur, c'est l'objet du forum!
Dans ma vision des choses, la problématique consiste à identifier la nature du frottement sec entre deux surfaces solides, modéliser ce frottement lors du coulissement de deux surfaces (et donc identifier les forces en présence pendant le mouvement). Munis de ce modèle, on pourra essayer de l'employer dans une simulation très simple, celle d'un tremblement de terre, par exemple. J'ai déjà fait un petit programme exploratoire du mouvement avec frottement sec d'un patin sur une surface rugeuse, qui est je crois assez prometteur.

bonjour monsieur Dominique ,
Je trouve tres interessant votre sujet sur les frottements , je voudrais bien avoir un peu de documentation si vous l'avez sur le sujet des tremblements de terre que vous avez evoque , et aussi le programme sur tangex , je suis tres en retard par rapport a mes camarades ...
merci

Bonjour,
Laisse tomber le "monsieur Dominique", ici on se tutuoie si cela ne te gêne pas.
Je peux te transmettre le code source de mon programme de simulation, qui te donnera le système différentiel en question. Je suis moi aussi en retard sur la rédaction de la page correspondante de mon site...
j'ai quelques documents qui pourraient t'intéresser, veux-tu que je te les envoie par mail?

oh oui ca serait genial !! merci
mais sinon aurais-tu une explication au phenomene d'hysteresis que presente le frottement ? et d'eventuelles application aussi , peut etre que ca fera l'objet de mon tipe ... je sais pas

Oui, ce phènomène apparaît clairement dans la simulation, il est du à l'accumulation et au relachement brusque des contraintes au niveau de l'interface de frottement.
Applications: de multiples applications proviennent de ce mécanisme. Celle à laquelle je pense dans l'immédait (j'écoute le concerto pour violon de Tschaikowsky), c'est le frottement d'un archer sur les cordes du violon: la fréquence du son est claculable d'après le modèle de frottement sec!
Je te passe les docs en question et les sources. c'est du FORTRAN. Le système différentiel est dans syspatin.for

voila , j'ai bien recu les docs ,merci beaucoup
sinon pour l'effet hysteresis , je ne vois pas encore le lien avec les cordes de violon , peut etre n'ai-je pas bien compris ce que tu as dit ..

le son que tu entends provient du relachement périodique des contraintes crées par l'archet sur la corde. La période fixe la fréquence du son (fréquence fondamentale et harmoniques).
Un autre exemple : le crissement de la craie sur le tableau : tu dois connaitre non! Adorable ce son!

ah oui je vois , merci

c'est dans les documents que je t'ai passé.

ah bon , j'ai pas remarque , c avec peine que je lis l'anglais ...

excusez moi masi c'est dans quel doc exactement qu'on parle de son ? j'arrive pas a trouver ...

douma a écrit:excusez moi masi c'est dans quel doc exactement qu'on parle de son ? j'arrive pas a trouver ...

Il va falloir soigner ton anglais... Tu en auras besoin dans ta vie professionnelle...
En fait, la relation entre le frottement sec et la production du son est dans la physique même du phénomène. On utilise habituellement, comme dans les docs que je t'ai passé, le modèle du patin pour étudier le frottement sec: tu poses un patin sur une surface rugueuse et tu le tire à vitesse constante par l'intermédiaire d'un ressort (en anglais, c'est le modèle "spring slider"). Le but de la modélisation est d'établir l'équation différentielle du mouvement du patin et d'en étudier les solutions. Le prog que je t'ai passé calcule ces solutions numériques.
Si tu étudies ces solutions, tu constateras que le mouvement du patin est une combinaison de translation uniforme et d'oscillations périodiques (évidement, l'équation de mouvement n'est pas linéaire). C'est la partie oscillations qui produit le son.

oui mais quel est la relation exacte entre ces vibrations periodiques et le son emis ? est-ce que le patin qui vibre fait vibrer l'air de la meme frequence ? excuse moi pour le tat de questions , mais si cela s'averre vrai , ca fera mon bonheur ...

approximativement, les deux féquences doivent être identiques...

je ne saurais trop te remercier, tu as illumine ma lanterne !!
je vais ressembler un max d'infos et te presenter mon plan de tipe , mais avant , serais-tu d'accord que j'utilise ton programme pour mon tipe ? ( bien sur tout les droits d'auteurs sont reserves )

bien sur , pas de problème! Il peut sans doute être perfectionné, je te tiendrai au courant. Mais dans l'état, il travaille bien!

merci , je fonce voir ce que je pourrais faire , a tres bientot ..

Bonjour,
Une précision si cela peut t'aider dans tes recherches de doc: ce thème est le sujet de l'épreuve de physique du concours ENS Ulm de 2001 filière MP.

Il est tres complet et bien detaille , ca m'aidera beaucoup ( aussi bien pour le tipe que pour l'ecrit ) merci

Bonjour
Je suis tombé sur ce sujet en faisant des recherches pour mon TIPE, que je voudrais faire sur les frottements entre les surfaces. Je n'avais pas pensé au mot "sec", et je ne savais pas non plus qu'on différenciait les types de frottements comme ça. J'imagine que c'est pour dire avec ou sans lubrifiant ? Si je ne mets pas "sec", mon sujet risque d'englober des choses trop copmpliquées ?

Je comptais m'appuyer sur l'exemple des avalanches, la modélisation des frottements entre les blocs de neige et le sol, comment faire pour traduire la rugosité etc.. Est ce que c'est une bonne idée ? (à priori ça n'est plus sec du tout...)

Dominique pourrais tu aussi m'envoyer les documents que tu as envoyés à douma s'il te plait ?
Merci d'avance

Bonjour,
Effectivement, on distingue le frottement sec (sans lubrifiant) et le frottement visqueux (avec lubrifiant). Ces deux types de frottement concernent des interfaces solide/solide. A ne pas confondre avec le frottement fluide (étudié au programme de prépa) avec une interface solide/gaz ou solide/liquide.
Les forces de frottement sont très différentes selon les cas.
L'étude des phénomènes d'avalanche implique surtout la physique des milieux granulaires. La limiter aux phénomènes de frottements (visqueux dans ce cas) me semble un peu réducteur. C'est en tous les cas une physique assez complexe...
Je t'envoie les documents en question.

Bonsoir,
Une autre info: le sujet du concours de l'X filière PC en 2007 portait aussi sur les frottements sec et le chant des verres!

Merci, je vais le regarder.

Je reposterai quand j'aurai avancer, pour l'instant je manque de temps..