Exercice de physique sur l'énergie cinétique (niveau 1ère générale spécialité physique-chimie)

[olympe_a]

Bonsoir, je suis en 1ère générale avec spécialité physique-chimie et j'ai un exercice de physique sur le théorème de l'énergie cinétique à faire mais j'ai beaucoup de mal à le réaliser alors je demande votre aide

Voici le sujet : "Suite à un acte malfaisant du docteur Octopus, Spiderman doit tout faire pour arrêter une rame de métro bondée de  passagers  avant que celle-ci atteigne l'extrémité de la voie ferrée.

En surchauffe, les moteurs s'arrêtent, alors que la fin de la voie ferrée se trouve à une distance de 1 100 m.

masse totale rame  avec ses passagers M = 300 tonnes

1MPH=1,60934 km/h, et ici le train se déplace à 80MPH

1 - Déterminer la valeur F de la force supplémentaire, supposée constante, qui doit être appliquée pour arrêter le wagon avant que la rame ne tombe du haut de la voie

2 - Justifier alors que Spiderman est un super-héros en évaluant la masse qu'il pourrait soulever avec une telle force."

 

Pour la question 1 j'ai mis : 

système = train + Spiderman

référentiel = galiléen

les forces qui travaillent sont les frottements (f) et la force supplémentaire (F) (le poids et la réaction ne travaillent pas car l'angle que les vecteurs de ces forces forment est de 90°)

On cherche la valeur d'une force. On connait une distance, une masse et une vitesse. On sait que d'après le théorème de l'énergie cinétique E=Ec(B)-Ec(A)=∑W_AB(F_totales)

Donc ici on a Ec=1/2mv_B²-1/2mv_A²=W_AB(f)+W_AB(F)

J'ai remplacé par les valeurs et j'ai arrangé l'expression pour exprimer seulement F d'un côté car c'est ce que l'on cherche et j'ai finalement trouvé F=(-1,9*10⁴-W_AB(f))/(1100*cos(a))

Or, je ne vois vraiment pas comment calculer W_AB(f) parce qu'on n'a aucune indication sur les frottements, ni cos(a) car on n'a aucune information sur l'angle que forme le train ou les rails avec la force supplémentaire.

Pourriez-vous m'aider ?

Je vous remercie d'avance ! Bonne soirée

[Gogoumo]

Bonsoir,

L'énoncé, plutôt vague, ne donne en effet aucune indication ni sur les forces de frottements (et résistance de l'air) ni sur une éventuelle pente de la voie. Je te suggère donc de commencer ton exercice en précisant que tu vas négliger ces forces résistantes devant celle exercée par Superman et que tu vas supposer que la voie est horizontale.

Le système étudié est constitué par la rame de métro (mais pas par Superman)
Le mouvement sera étudié dans un référentiel terrestre et le repère sera constitué par un axe parallèle à la voie ferrée et dirigé dans le sens du mouvement.

3 forces non négligeables s'exercent sur le système étudié :
a) Le poids de la rame de métro.
b) La réaction des rails.
c) La force " supplémentaire " exercée par Superman.
Les deux premières forces ne travaillent pas car elles ont une des directions perpendiculaires au déplacement de la rame, la troisième force a même direction mais de sens contraire que le repère choisi.

Tu peux maintenant appliquer le théorème de l'énergie cinétique.

[volcano47]

sujet effectivement "à la noix" (déjà : employer des Mph ! pour faire plus "Hollywood", pourquoi pas des pouces et des coudées ?)

Les scientifiques anglo-saxons, utilisent bien entendu eux aussi LE système international MKSA (sauf cas particuliers admis internationalement comme les énergies en électron-volts, etc...) , en tout cas on se doit de n'utiliser que celui-ci (MKSA) avec des élèves.

Mais surtout, le problème se résume selon ce que je crois comprendre à :

" un solide assimilable à un point matériel,  est en mouvement de translation rectiligne uniforme avec une vitesse V . Quelle force de frottement F doit on appliquer à ce solide pour qu'il s'arrète au bout de la distance D ? "

Je trouve ceci plus précis et formateur que de noyer l'élève dans un baratin approximatif. Mais attention ! ça n'empêche pas de faire en cours de la "physique amusante" tirée de la vie quotidienne : à condition de la "modéliser" précisément ensuite".

[Black Jack]

il y a une heure, volcano47 a dit :

sujet effectivement "à la noix" (déjà : employer des Mph ! pour faire plus "Hollywood", pourquoi pas des pouces et des coudées ?)

Les scientifiques anglo-saxons, utilisent bien entendu eux aussi LE système international MKSA (sauf cas particuliers admis internationalement comme les énergies en électron-volts, etc...) , en tout cas on se doit de n'utiliser que celui-ci (MKSA) avec des élèves.

Mais surtout, le problème se résume selon ce que je crois comprendre à :

" un solide assimilable à un point matériel,  est en mouvement de translation rectiligne uniforme avec une vitesse V . Quelle force de frottement F doit on appliquer à ce solide pour qu'il s'arrète au bout de la distance D ? "

Je trouve ceci plus précis et formateur que de noyer l'élève dans un baratin approximatif. Mais attention ! ça n'empêche pas de faire en cours de la "physique amusante" tirée de la vie quotidienne : à condition de la "modéliser" précisément ensuite".

Bonjour,

Pourquoi des Mph ...

Hollywood n'a rien à voir la dedans, c'est pour obliger les élèves à savoir manipuler les changements d'unités.

Qu'on le veuille ou non, dans la vraie vie (pas celle de l'école ... mais l'école est censée nous y préparer), cela arrive très souvent pour quelqu'un qui fera de la technique.

Tu as beau dire à un gars outre Atlantique ou même de l'autre coté de la manche qu'il devrait utiliser le système MKSA (SI pour être plus complet), il n'en fera qu'à sa tête et il continuera à exprimer ses vitesses en Mph, ses longueurs en miles, en pieds et en pouces, les masses en Livres et ... 

Et en travaillant (multinationale oblige) sur des dossiers communs entre l'Europe et les "autres", cette difficulté des unités reste bien présente... et engendre parfois des catastrophes (se rappeler du crash d'un engin spatial car le système de ralentissement pour poser l'engin avait été fait en Europe (en SI) et que la mesure des vitesses avait été développée aux USA avec leurs unités à eux, et les erreurs de conversion ou d'interprétation des unités a causé la perte de l'engin).

Des effort certains sont faits pour améliorer les choses ... mais, par expérience, je peux te dire que c'est toujours maintenant très loin d'être parfait.

*****

L'énoncé manque de précision, par exemple "oubliant" de préciser que les frottements sont à négliger ou bien en introduisant le notion de "point matériel".

Mais, il faut savoir que dans tout problème concret (hors école), il y a souvent beaucoup de choses non précisées et c'est à celui qui est en charge du problème soit de demander des compléments d'information si ils sont indispensables mais le plus souvent c'est à lui d'estimer si "ce qui manque" a ou non des effets négligeables dans le problème posé.

En secondaire, l'élève n'a pas forcément les connaissances pour estimer si on peut ou non négliger certains phénomènes (comme ici le frottement)

Dans le problème présent, posé niveau "première" je ne sais pas si l'élève est capable ou non d'estimer les forces de frottement pour voir si on peut ou non en négliger les effets.

Je remarque en tout cas qu'ici l'élève s'est en tout cas posé la question, c'est déjà bien.

[volcano47]

Black Jack : ce n'est pas l'élève qui est en cause, bien entendu ! Cette lycéenne écrit très bien d'ailleurs et se pose sur ce texte des questions légitimes. Et je lui souhaite bonne chance.

En fait, j'incrimine le fait qu'au lieu de lui donner un énoncé clair ( qui éviterait à Olympe d'inventer une force f + une force supplémentaire F ) on (l'auteur de l'énoncé)  essaye, pour être moderne, de rester dans une ambiance "entertainement" totalement vaine et finalement un peu "anti-intellectuel -à prise de tête". Ainsi, si on n'est pas "cool", il serait impossible d'enseigner la physique (et le reste) ? On prend Olympe pour une imbécile ce que, visiblement, elle n'est pas du tout ! 

Pour les conversions d'unités d'accord, c'est un bon exercice ; ceci dit, convertir des km/h en m/s ou l'inverse , quand on a compris le principe .... on a vite fait le tour de la question, non ?

Aux élèves : si on veut du visuel et du moderne , il existe de bonnes vidéos sur le net : attreyantes mais solides sur le fond  (en mécanique ou autre).

 

 

 

[Black Jack]

"Pour les conversions d'unités d'accord, c'est un bon exercice ; ceci dit, convertir des km/h en m/s ou l'inverse , quand on a compris le principe .... on a vite fait le tour de la question, non ?"

Certes, c'est déjà un peu moins évident de passer de "psi' en "Pascal" ou de "Btu" en "Joules" ou en "kWh"

Et ces exemples simples ne sont que la partie émergée de l'iceberg.

 

Parmi les unités fréquemment utilisées chez les Anglo Saxons, on peut en citer quelques-unes :

Pas sûr que la plupart peut jouer avec les conversions vers le SI en étant sûr de ne pas se planter.

1 mile nautique 1 mile (mi) 1 yard (yr) 1 foot (ft) 1 inch (in)	1,852 km 1,609 km 0,9144 m 0,3048 m 2,54 cm
Surface	1 acre 1 square yard (yd2) 1 square foot (ft2) 1 square inch (in2)	4046 m2 0,8361 m2 0,0929 m2 645,16 mm2
Volume	1 cubic yard (yd3) 1 barrel (bbl) 1 cubic foot (ft3) 1 UK gallon (UK gal) 1 US gallon (US gal) 1 UK fluid ounce (UK fl oz) 1 US fluid ounce (US fl oz) 1 cubic inch (in3)	0,7645 m3 158,987 L 28,3 L 4,546 L 3,785 L 28,41 cm3 29,57 cm3 16,387 cm3
Masse	1 UK ton 1 US ton 1 pound (lb ou lbm) 1 ounce (oz troy) 1 ounce (oz av) 1 grain (gr)	1016 kg 907 kg 0,453 kg 31,10 g 28,34 g 64,79 mg
Température	1 degré Farenheit (°F)
Énergie, travail	1 British thermal unit (Btu) 1 erg

 

🙂