Energie et travail

[Gaëtan SSI]

Bonjour à tous,

Je ne suis vraiment pas doué pour les exercices de physiques!

On me propose 4 énoncés:

a) Un corps de masse égale à 10 kg est lancé au bas d'un plan incliné de 30° sur l'horizontale avec une vitesse initiale de 6 m/s. Il s'arrête après avoir parcouru, sur le plan incliné une longeur de 2,4 m
1) Calculer l'énergie mécanique dissipée par les forces de frottements

J'ai d'abord pensé qu'il me suffisait de calculer la valeur de la force de frottement via : f = Mg sin 30° = 49,05 N
D'où un travail = fl = 117,72 J et c'était ça mon énergie dissipée
Mais apparemment je me suis trompé qu'en pensez vous?

2) Calculer la valeur de la force de frottement supposée constante
J'aurais dis : f = Mg sin 30° = 49,05 N
mais à nouveau il semble que je fasse une erreur mais laquelle

3)Le coefficient de frottement
et c'est là que mon raisonnement semble tomber à l'eau car je trouve mu = 1 avec la formule f = mu Mg sin 30°

Que faire?


2ième énoncé:
Une bille de masse égale à 5 g tombe sur un sol dur d'une hauteur de 1m et rebondit 80 cm. Quelle est l'énergie dissipée sous forme de chaleur?

J'ai pensé qu'il y avait un choc inélastique avec le sol et que toute l'énergie était transférée mais le problème c'est que je n'ai pas les vitesses et je me demande comment lier tout ça ?

3ième énoncé
Une masse de 40kg est portée au dessus du sol où elle se trouve initialement. On me demande de calculer la variation d'énergie potentielle.

On me propose 4 réponses : 1400 N, 13 730N, 1400J, 13 730 J

J'ai pensé appliquer la formule : Ep = mgh mais je n'ai pas h et je suis coincé à ce niveau !
J'ai éliminé les deux première réponses car elles sont en Newton et moi je cherche une énergie en Joules.

4ième énoncé


Une balle de masse égale à 150 g est lancée verticalement vers le haut avec une vitesse initiale de 20 m/s. La balle monte à une hauteur de 15m. Calculez l'énergie dissipée durant l'ascencion de la balle.

J'ai pensé d'abord écrire l'équation de mouvement de la balle qui se trouve en chute libre:

x = 20t + 0,5gt²
Connaissant x je peux trouver le temps. Mais après je ne vois pas bien le lien entre ce calcul et l'énergie dissipée ?

Merci!

[SoS(14)]

Bonjour Gaëtan,

Exo 1

Lorsque vous écrivez

f = Mg sin 30°

êtes vous sûr d'exprimer la force de frottement ... ne confondez-vous pas avec une autre force bien connue ...Sinon le théorème de l'énergie cinétique vous est-il connu ??

Exo 2

Connaissez-vous l'expression de l'énergie potentielle de pesanteur ?

Exo 3

Sans valeur de la hauteur la question n'est pas faisable. Sinon votre remarque sur l'unité attendue est correcte.

Exo 4

Ici aussi les expressions de Ec et Ep devrait vous servir.

Sos (14)

[Gaëtan]

Bonjour,

Merci de votre réponse rapide,

Je me serais trompé de projection? j'ai toujours vu la force de frottement comme étant : f = mg sin (alpha) ou alors ce serait une force de traction que j'ai écrite?

La forme de l'énergie cinétique pour la pesanteur ne m'est pas connue, je sais juste que l'énergie cinétique s'écrit : E = 1/2 mv²

Il me semblait bien que la hauteur devait intervenir ! Merci!

Je peux calculer pour le dernier Ec et Ep
en prenant Ec = 1/2 mv²
et Ep = mgh
et l'énergie libérée serait Ep - Ec ?

Merci

[Gaëtan]

Navré pour le double poste,

Je ne connais pas le théorème de l'énergie cinétique pour la première question que lie-il? comment s'exprime-il?

[SoS(11)]

Bonjour Gaëtan,

Tout d'abord, vous connaissez forcément le théorème de l'énergie cinétique car vous l'avez vu en 1ere S.

Pour le 1) pourriez vous indiquer les forces qui agissent sur le corps en ascension sur le plan incliné. Car ici c'est l'expression de la projection du poids que vous donnez!
N'hésitez pas à faire un schéma avec un système d'axe orthonormé avec ox suivant le plan incliné et dirigé dans le sens de la vitesse.

Pour l'énoncé 2) calculez les energies mécaniques initiales et finales.

Pour l'énoncé 4) Là encore calculez les energies mécaniques initiales et finales.
ceci suppose de trouver les energies potentielles et cinétiques à ces deux instants.

Bon courage.

[Gaëtan]

Bonjour,

Pour la première question j'ai fait le dessin suivant :

http://www.imagup.com/pics/1271646032.html

J'ai trois forces qui s'appliquent : en bleu la force de frottement , la force verticale est le poids et la force dans le sens du mouvement est celle de descente (par opposition à la force de traction)

Mais c'est là que je bloque je ne vois pas le rapport entre celles-ci et l'énergie demandée?

Pour la 3 ième
j'ai calculé l’énergie potentielle de pesanteur lorsque la balle tombe de 1m celle-ci vaut : E_p1=mgh=0.04905J , calculons ensuite l’énergie potentielle de pesanteur lorsque la balle rebondit à 80cm : E_p2=mgh=0.03424J la variation d’énergie potentielle est : E_p2-E_p1= -0.00981J(le signe négatif indique qu’il s’agit d’une énergie libérée?).

Ne possédant pas les vitesses finale et initiale je n'ai pu calculer les énergies cinétiques.

Pour la dernière question j'ai écris :
Nous pouvons calculer l’énergie cinétique qui vaut : E_c=0,5mv² ainsi que l’énergie potentielle qui s’écrit : E_p=mgh. On trouve donc une énergie cinétique de E_c=30J et une énergie potentielle de : E_p=22,05J
D’où une énergie mécanique dissipée de : 22,05 + 30 = 52,05 J?

[Gaëtan]

Pour la première,

Je sais également que le théorème de l'énergie cinétique s'écrit : EC(B) - EC(A) = ∑ WA→B( Fext )

Il faut donc que je calcul le travail de chacune de mes forces,

Le travail du poids s'écrit W(P) = mg (z(b) - z(a))
Le travail d'une force constante W(F) = F AB(distance parcourue)

Et c'est là que je bloque je me dis que je dois surement projeter mes forces mais je ne vois pas comment

[SoS(11)]

Pour l'énoncé 1, seule le poids est correct.

Votre objet monte donc le force de frotemment est la flèche noire.
Il n'y a pas de force de traction, c'est le fait que l'objet possède une vitesse initiale qui fait qu'il monte.
En revanche il manque une force l'action du support.

Cependant là encore il suffit de calculer l'énergie mécanique initiale et finale.

Pour le 3) Ep2 il y a une erreur de calcul.
Que vaut la vitesse à l'état initial et à l'état final? Vous connaissez alors l'EC.

Pour le 4) je suis d'accord si vous précisez bien l'état initial et l'état final.

Vous progressez c'est bien.

[SoS(14)]

Bonjour Gaëtan,

Je n'arrive pas à trouver votre image et si vous relisez la charte : "Il
peut également recopier l’énoncé directement dans le message ou bien scanner le sujet et joindre le
fichier image à son message." ...
mais d'après ce que vous en dites cela me semble "mal embarqué":

force dans le sens du mouvement est celle de descente

cela ne veut rien dire ... d'autant plus que la masse monte ! relisez votre énoncé

au bas d'un plan incliné

.

Pour le Second exercice je suis d'accord avec votre valeur finale de variation de Ep (avez-vous entendu parler de la notation scientifique, ça évite, entre autre, les zéros de gauche ...)

Ne possédant pas les vitesses finale et initiale je n'ai pu calculer les énergies cinétiques.

Mais l'énoncé ne vous demande rien sur les vitesses ni sur les Ec d'ailleurs non ?
Le signe négatif vient du fait que le système (la balle) a PERDU cette énergie au profit de l'extérieur.

Pour le dernier exo je ne comprends pas bien votre calcul ...
En quoi la somme de l'énergie cinétique INITIALE et de l'énergie potentielle FINALE vous renseigne-t-elle ??
Il faudrait calculer Ec init (je suis d'accord avec votre valeur) de là, calculer la hauteur qu'elle devrait atteindre en l'absence de frottements puis de calculer la différence de hauteur et de remonter ainsi à l'énergie perdue par la balle (comme dans le second exercice)

A bientôt

Sos (14)

[Gaëtan]

Re bonjour,

Pour l'énoncé 3 :
Une bille de masse égale à 5g tombe sur le sol dur d'une hauteur de 1m et rebondit à 80 cm. Quelle est l'énergie dissipée sous forme de chaleur?

J'ai commencé par calculé l'énergie potentielle à 1 m Ep = m g h = 0.005 * 9,81 * 1 = 0.004905J
On ne me donne aucune vitesse et donc je n'ai pas réussi à calculer l'énergie cinétique

J'ai ensuite calculé l'énergie potentielle à 80 cm Ep = 0,005 * 9,81 * 0,8 = 0.03924 J

J'ai ensuite simplement fait la différence des deux pour obtenir l'énergie dissipée. Où me suis-je tromper?

Pour l'énoncé 1:

Effectivement je m'y suis mal pris ! Mon objet est jeté au bas d'un plan incliné je suppose donc qu'il descend et que les forces sont comme ceci :

[Gaëtan]

Je vais reprendre d'abord le dernier énoncé,

En fait j'ai supposé qu'on la lançait d'un niveau 0 et donc que l'énergie potentielle au départ s'écrivant E = m g h était nulle. Ec initiale je l'ai calculée sous la forme Ec = 0,5 m v² = 30 J.

Ensuite je me suis dit qu'au point d'inflexion c'est à dire au point où la balle s'apprête à redescendre sa vitesse est nulle et donc que son énergie cinétique l'est aussi, j'ai donc calculer Ep = m g h = 22 J(environ)

L'énergie dissipée est donc Ep(final) - Ec (initial) = -8J

Pour le tout premier énoncé je cale vraiment je ne vois pas du tout ce que je dois faire

[SoS(11)]

Pour l'énoncé 4 rédigé comme cela c'est tout à fait correct.


Pour l'énoncé 3, maintenant il n'y a plus d'erreur. Juste une précision à l'état initial comme à l'état final les vitesses sont nulles donc les energies cinétiques aussi.
De ce fait l'énergie mécanique s'apparente à l'énergie potentielle dans ce cas là.

Pour l'énoncé 1, votre objet s'arrête s'est donc qu'il monte!
Le poids en rouge est correct, la réaction du support N aussi la force de frottement est orienté dans l'autre sens.
Si n est le système d'axe je suis d'accord mais je l'orienterais dans l'autre sens qui correspond au sens du mouvement.

Pour le 1) donnez l'energie mécanique initiale et au final et faîtes la différence.

Pour le 2) appliquez le théorème de l'énergie cinétique, ce qui suppose de projeter en effet.

Encore un effort.

[Gaëtan]

Pour l'énergie cinétique initiale on a :

1) Etat initial
Ec = 1/2 mv² = 180N
l'énergie potentielle est nulle à ce moment là car la hauteur vaut 0 (niveau du sol si l'objet monte)

2)Etat final
L'énergie cinétique est nulle car la vitesse est nulle car on me précise que l'objet s'arrête. Par contre l'énergie potentielle est calculable :
J'ai un triangle dont je connais la longueur d'un côté : l'hypoténuse vaut 2,4 m et l'angle alpha vaut 30° via la formule : sin 30 ° = h / 2,4 d'où h = 2,4 cos 30 ° = 2 m
D'où Ep = m g h = 204 N

D'où une énergie mécanique dissipée de 24 N est-ce correcte?

J'ai pensé écrire le théorème de l'énergie cinétique en considérant que seuls les forces de frottements travail ce que j'écrirais : ½ mv²fin- ½ mv²0 = -fd
avec d = 2,4 m

Et pour le dernier énoncé il me suffit alors de regarder la projection de la force pour déduire le coefficient de frottement : f = mN = mg sin 30°

Mais est-ce correct?

[SoS(11)]

Pour les energies, attention aux unités!

De plus attention aux étourderies sin ne devient pas cos.
Donc Ec c'est juste mais Ep calcul à revoir.

Pour le théorème de l'énergie cinétique, non le poids travaille aussi. Donc c'est à revoir.

[Gaëtan]

Oulàlà quel distrait je suis !

1)Etat initial
E_cinétique=0,5mv²=180J
L’énergie potentielle est nulle à ce moment là car la hauteur vaut 0 (niveau du sol si l'objet monte)
2)Etat final
L'énergie cinétique est nulle car la vitesse est nulle car on me précise que l'objet s'arrête. Par contre l'énergie potentielle est calculable :
J'ai un triangle dont je connais la longueur d'un côté : l'hypoténuse vaut 2,4 m et l'angle alpha vaut 30° via la formule : sin 30 ° = h / 2,4 d'où h = 2,4 sin 30 ° = 1,2 m
D'où E_(potentielle )=mgh=117,72J
D’où une énergie mécanique dissipée de 117,72-180 = -62,28J (Le signe est correct)

Pour le théorème de l'énergie cinétique j'ai écris avec le poids :
0,5mv²_fin - 0,5mv²_initiale =-fd + mg cos⁡(α)
et de là je tire :
f=110,4 N