Etude d'un mouvement circulaire

[Camille S]

Bonjour!
Je suis élève de Terminale S et je viens de commencer le chapitre sur la mécanique et j'avoue avoir quelques difficultés...
L'exercice porte sur l'étude d'un mouvement circulaire, il n'est en soit pas compliqué mais je ne sais vraiment pas comment le rédiger:

Voici l'énoncé:
On attache un mobile autoporteur à un axe fixe par l'intermédiaire d'un fil puis on lance le mobile autoporteur et on procède à l'enregistrement des positions d'un point P du mobile.
1) Faire le bilan des forces qui s'exercent sur le mobile
2) Indiquer la direction et le sens de la résultante F des différentes forces
3) Préciser la direction et le sens du vecteur a dans le cas d'un mouvement circulaire accéléré
4) a) Comparer la direction et le sens des vecteurs F et a
b) Quelle loi est illustrée par le ce mouvement

Mes réponses:
1) Force exercée par le poids du mobile, la réaction du support et la tension du fil
2) La résultante des forces aura la même direction et le même sens que le vecteur a (mais cela répond du coup à la question 4)a) ) , c'est à dire que le sens sera horizontale ( puisque le mobile est posé sur une table)(peut on dire que la résultante est dirigée vers le centre du dispositif?) et la direction sera toujours différente puisque le mobile exerce un mouvement circulaire. Ainsi le vecteur F à les caractéristiques de la force exercée par la tension du fil (Vraiment pas sure de pouvoir dire ça).
3) Dans le cas de ce mouvement, le vecteur a pointe en permanence vers le centre du dispositif, ainsi le fil étant tendu le sens ne change donc jamais mais la direction au contraire sera constamment différente puisque le mobile exerce un mouvement circulaire accéléré.
4) a) D'après la seconde loi de Newton F et a sont proportionnels puisque m est une constante, ainsi F et a on le même sens et la même direction.
b) C'est donc la seconde loi de Newton qui est illustrée par ce mouvement puisque ce dernier est circulaire accéléré (un peu léger je pense)

[SoS(29)]

Camille,

On attache un mobile autoporteur à un axe fixe par l'intermédiaire d'un fil puis on lance le mobile autoporteur et on procède à l'enregistrement des positions d'un point P du mobile.
1) Faire le bilan des forces qui s'exercent sur le mobile

Votre réponse est correcte.

1) Force exercée par le poids du mobile, la réaction du support et la tension du fil

2) Indiquer la direction et le sens de la résultante F des différentes forces

Votre réponse n'est pas entièrement correcte.

2) La résultante des forces aura la même direction et le même sens que le vecteur a (mais cela répond du coup à la question 4)a) ) , c'est à dire que le sens sera horizontale ( puisque le mobile est posé sur une table)(peut on dire que la résultante est dirigée vers le centre du dispositif?) et la direction sera toujours différente puisque le mobile exerce un mouvement circulaire. Ainsi le vecteur F à les caractéristiques de la force exercée par la tension du fil (Vraiment pas sure de pouvoir dire ça).

Mais il est vrai que l'énoncé est plutôt incomplet.
Si le support est horizontal, le mobile autoporteur se déplaçant sans frottement sur le support, le poids et la réaction sont verticaux de même valeur et sont opposés. La somme du poids et de la réaction est nulle, la résultante est alors la tension du fil qui est horizontale, sa direction est colinéaire au fil (donc suit le fil au cours du mouvement) et est orienté vers le centre de la trajectoire. Et le mouvement est circulaire et uniforme.
Et dans ce cas la réponse

le sens sera horizontale ( puisque le mobile est posé sur une table)(peut on dire que la résultante est dirigée vers le centre du dispositif?) et la direction sera toujours différente puisque le mobile exerce un mouvement circulaire.

est exacte.
Mais cela ne semble pas être le cas au vu de la question suivante.

Préciser la direction et le sens du vecteur a dans le cas d'un mouvement circulaire accéléré

Remarque pour que le mouvement ne soit pas circulaire et uniforme, mais circulaire accéléré ou ralenti, il faut par exemple que la plateau soit incliné : lorsque l'on lâche le mobile en maintenant le fil tendu , il se met a osciller comme un pendule : lorsqu'il descend son mouvement est circulaire et accéléré ; alors que lorsqu'il remonte sur sa lancée (son inertie) le mouvement est circulaire et ralenti.
La résultante de ces trois forces n'est plus colinéaire au fil : en effet le poids est évidemment vertical, la réaction du support comme il n'y a pas de frottement est perpendiculaire à celui-ci donc le vecteur poids et le vecteur réaction ne sont plus colinéaire. Quant à la tension du fil elle a toujours la direction du fil et est toujours orientée vers le centre de la trajectoire.
Comme la somme du poids et de la réaction n'est plus nulle, la résultante n'est plus la tension du fil. Elle est bien dans le plan du plateau mais sa direction est inclinée vers l'avant (c-à-d dans le "sens" du mouvement) par rapport au fil quand le mobile accélère (quand il descend) et au contraire inclinée vers l'arrière par rapport au fil quand le mobile remonte.

3) Préciser la direction et le sens du vecteur a dans le cas d'un mouvement circulaire accéléré

Je suppose que vous avez vu que dans ce cas la direction de l'accélération n'a plus la direction du rayon de cela trajectoire mais a une direction qui forme un angle avec ce rayon.Et évidemment le vecteur accélération est bien colinéaire avec la résultante des forces. Il est difficile de ne pas écrire la même chose que pour la question précédente, car c'est comme vous l'écrivez plus loin : la seconde loi de Newton.
Les réponses suivantes sont correctes :

4) a) D'après la seconde loi de Newton F et a sont proportionnels puisque m est une constante, ainsi F et a on le même sens et la même direction.
b) C'est donc la seconde loi de Newton qui est illustrée par ce mouvement puisque ce dernier est circulaire accéléré (un peu léger je pense)

[Camille S]

Bonjour SoS 29, tout d'abord un grand merci pour votre aide. Néanmoins le mouvement circulaire n'est pas celui d'un mobile qu'on laisserait tomber mais est celui d'un mobile qu'on pousse sur une table non incliné afin de lui faire prendre une certaine vitesse autour de l'axe fixe comme vous pouvez le voir en pièce jointe.

[SoS(3)]

Bonjour,
comme vous a dit mon collègue, le mouvement ne peut pas être accéléré dans ce cas là , la force résultante étant radiale, l'accélération l'est aussi. Si l'accélération est radiale, le mouvement est circulaire uniforme.