SOS physique-chimie

Bonsoir,
J'aurai besoin de votre aide pour un exercice, le voici :

Principe d'un boulet de canon dans lequel se trouve un ressoort qui ejecte des boulets de canon.
L'énergie potentielle elastique par le resort est defini par l'expression E=(1/2)*k*(x)²
k -> raideur du ressort = 35,0 N.m-1
x -> variation de longueur du ressort au cours de la compression = 1,20 cm.
les boulets on une masse m = 0,200 g
la constante de pesanteur g = 9,81 N.Kg-1

a) Calculer la valeur de l'energie cumuler par le ressort
E = (1/2)*35,0*0,0120² = 0,00252

b) Sous quel forme est stockée l'energie du ressort ?
Sous quelle forme est celle reçu par le boulet de canon lors de la détente du ressort ?

c) Que deveint l'energie reçu par le boulet au cours du mouvement vertical ?

d) Avec le principe de conservation d'énergie, calculer la heuteur à laquelle le boulet devrait monter ?

e) Comment expliquer qu'en realité le boulet ne monte qu'a 1mètre de haut ?


Merci pour votre aide !

Bonjour.
Il manque quelques informations.
Le calcul de l'énergie emmagazinée dans le ressort est correct.
Mais vous avez oublié l'unité E = 0,00252 J = 2,52x10^-3 J.

b) Sous quel forme est stockée l'energie du ressort ?
Sous quelle forme est celle reçu par le boulet de canon lors de la détente du ressort ?

Le boulet est éjecté du canon avec une vitesse, il a donc une énergie due à cette vitesse : énergie cinétique.

d) Avec le principe de conservation d'énergie, calculer la heuteur à laquelle le boulet devrait monter ?

Pour la suite, il faut préciser la direction du tir. Le canon tire-t-il vers le haut ?

Bonjour
Merci pour votre reponse

b) L'energie recu par le boulet de canon est l'energie cinetique.
Mais pour le ressort ? c'est de l'energir cinetique aussi ?

c) Oui, il tire verticalement vers le haut.

Bien.
Dans mon précédent post, je n'avais pas mentionné l'oublie d'unité dans le calcul de l'énergie potentielle.

E = (1/2)*35,0*0,0120² = 0,00252

J
Reprenons, si le canon est vertical, l'énergie cinétique que le boulet possède à la sortie diminue au fur et à mesure de la montée.
Si lorsque le ressort se détend l'énergie potentielle emmagasinée se transforme en énergie cinétique ; que devient cette énergie cinétique lorsque le boulet monte ?
Vous savez par expérience que le boulet retombe ; il retombe lorsque son énergie cinétique et donc sa vitesse s'annule. Il a alors son altitude maximale.
Quelle est l'énergie qu'un objet acquiert lorsque son altitude change ?
Je vous laisse continuer.

c) losrque le boulet monte, l'énergie cinétique redeviens energie potentielle ?

d) Il acquiere une energie mecanique : Em = Ec = mgz ?

Qu'en pensez vous ? =/

Bien, il acquiert effectivement de l'énergie potentielle de pesanteur Ep = m*g*z avec z altitude par rapport au niveau de référence (pour lequel on prend Ep = O J). Remarque peut être l'avez-vous écrit "h" au lieu de "z" ; peu importe.
Donc comme l'energie cinétique est peu à peu transformée en énergie potentielle, que vaut cette énergie potentielle lorsque l'énergie cinétique est nulle ? c-à-d lorsque le boulet est au sommet de sa montée.
ATTENTION aux unités S.I. (mètre ; kilogramme ; seconde ; ...).
Lorsque vous aurez répondu à cette question vous pourrez en déduire l'altitude "z"

* Pour la question c), l'énergie recu par le boulet devient un energie potentielle ?

* d) si Ep = mgz alors z = (Ep)/(m*g) = 0/(0.00200 * 9,81) = 0
Qu'en dite vous ? Est ce ça ou me suis-je tromper ?

L'énergie devient comme vous l'écrive énergie potentielle de pesanteur.
Mais vous faites un erreur lorsque vous écrivez :

si Ep = mgz alors z = (Ep)/(m*g) = 0/(0.00200 * 9,81) = 0

Vous calculez l'énergie potentielle de pesanteur à l'altitude zéro qui est nulle par définition.
Ce n'est pas ce que l'on vous demande. On vous demande d'abord de déterminer l'énergie potentielle au sommet de la montée, c'est-à-dire comme vous l'avez écrit lorsque l'énergie cinétique initiale (à la sortie du canon et qui vaut 0,00252 Joules) s'est transformée en énergie potentielle de pesanteur.
Donc Ep au sommet de vaut pas zéro mais vaut ..... Combien ?
Ensuite lorsque vous aurez répondu, vous allez déterminer l'altitude z correspondant à cette valeur d'énergie potentielle de pesanteur.

Je ne voie pas ce que vous voulez dire !
au lieu de metre 0 je dois metre 0,00200 ?

Reprenons.
De la relation Ep = m*g*z vous en avez déduit z = Ep/(m*g).
Ces relations précisent pour la première l'énergie potentielle d'un corps lorsqu'il est à une altitude z ; et pour la seconde qu'elle est l'altitude du corps lorsqu'il a une énergie potentielle de valeur Ep.
Vous avez écrit que l'énergie cinétique était peu à peu transformée en énergie potentielle de pesanteur (parce que le boulet monte). La valeur de l'énergie cinétique perdu est donc égale à la valeur de l'énergie potentielle gagnée par le boulet qui monte.
Lorsque l'énergie cinétique est nulle, c'est donc que la valeur de l'énergie potentielle du boulet est égale à la valeur initiale de l'énergie cinétique (c-à-d l'énergie cinétique à la sortie du canon).
Soit d'après vos calculs : 0,00252 J.
Donc dans la relation z = Ep/(m*g) ; il faut remplacer Ep par sa valeur (0,00252 J) lorsque le boulet est au sommet de la montée.

Donc, z=Ep/(m*g)
Z= 0,00252 / (0,002*9,81) = 0,102 m

Le relation est correcte.

Donc, z=Ep/(m*g)

Mais le calcul est erronés :

Z= 0,00252 / (0,002*9,81) = 0,102 m

Dans cette relation les unités sont celles du S.I. mètre pour les distances ; kilogramme pour les masses Joules pour les énergies etc ..
Donc la masse m = 0,200 g doit être exprimée en kg.
Faites la conversion. Ce qui doit vous donner une altitude de 1,3 m.
La question suivante devient cohérente :

e) Comment expliquer qu'en realité le boulet ne monte qu'a 1mètre de haut ?

d ) D'accord.
Z= 0,00252 / (0,000200*9,81) =1,28 m
Merci pour votre correction !

e) très bonne question !

La raideur du ressort reste toujours la meme, en consequent, le boulet ne peut monter plus haut ?

Je dirai plutôt que l'hypothèse faite est exagérée.
Quelle est-elle ?
On a supposer que toute l'énergie cinétique est transformée en énergie potentielle, c-à-d qu'il n'y avait aucune déperdition d'énergie.
C'est une hypothèse qui évidemment n'est pas réaliste.
Le boulet quand il est en mouvement dans l'air subit de la part de l'air de force de frottement, il s'échauffe (un tout petit peu), une partie de l'énergie cinétique est donc transférer sous forme d'énergie thermique et n'est donc plus disponible pour augmenter l'énergie potentielle de pesanteur, c'est-à-dire pour faire monter le boulet.