Bilan des forces

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Bonjour

Exercice
Exercice

L’on demande de faire le bilan des forces et de représenter celles-ci sur le schéma "vue de côté". Déjà, il s’exerce d’après moi le poids du cerceau, la réaction normale, une force de frottement statique (on néglige les frottements de l’air)

Mais je n’arrive pas à les placer sur le schéma. Je suis un peu perdu. J’ai l’habitude de ce genre de situation sur un plan horizontal ou incliné. J’ai du mal à m’adapter à la situation, disons, malheureusement.

Un peu d’aide serai bienvenue. :)

Édité par pHySiX

Les membres de la société de la Terre plate sont répartis uniformément autour du globe.

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Si le cerceau se détachait de l’axe, il partirait tout droit. Il y a donc une force qui le contraint à tourner…

Il se faut s’entraider, c’est la loi de la nature. (Jean de La Fontaine, l’âne et le chien)

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Auteur du sujet

En effet il y a une force exercée par l’axe sur le cerceau. Mais je n’arrive pas à la représenter schématiquement.

Les membres de la société de la Terre plate sont répartis uniformément autour du globe.

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En effet il y a une force exercée par l’axe sur le cerceau. Mais je n’arrive pas à la représenter schématiquement.

pHySiX

C’est une force radiale qui s’applique en le point de contact, portée par la droite "centre du cercle-point d’application".

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Ici le poids/la gravité ne sont pas à prendre en compte ; on précise bien que l’anneau reste dans un même plan horizontal.

Les 2 forces qui interviennent sont la force centrifuge et la force de réaction exercée par l’axe vertical (la fameuse centripète).

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Ici le poids/la gravité ne sont pas à prendre en compte ; on précise bien que l’anneau reste dans un même plan horizontal.

Je n’en suis pas sûr : il existe peut-être une force qui s’oppose au poids du cerceau, peut-être la force de frottement statique dont parlait @pHySiX.

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Auteur du sujet

Mais la force centrifuge c’est pas la force de frottement statique vu qu’elle s’oppose à la force centripète (qui est la force de réaction)? Et pourquoi ne pas parler du poids?

Édité par pHySiX

Les membres de la société de la Terre plate sont répartis uniformément autour du globe.

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Salut,

Essayons d’introduire un peu de méthode pour que les choses soient plus claires. Quand on fait de la mécanique, il faut se poser quelques questions dans l’ordre pour espérer résoudre le problème.

Méthode 1

Celle qu’on fait quand on sait pas grand chose.

De quel système étudie-t-on le mouvement ?

De ce qu’on comprend des données que tu donnes, il s’agirait du cerceau.

Quels sont les éléments de l’environnement avec lesquels le système interagit ?

Dans un premier temps, il faut essayer d’être relativement exhaustif, et ne pas faire trop d’hypothèses. En l’absence d’informations précises, on va supposer qu’on est sur Terre dans des conditions « normales ». On peut citer :

  • interaction avec le poteau,
  • interaction avec la Terre,
  • interaction avec l’air.

C’est déjà pas mal. Pour être sûr que c’est suffisant, il faudrait faire des essais et tester notre modèle dans la vraie vie.

Quelles sont les forces associés à ses éléments ?

Avec le poteau : forces de contacts (les deux ne s’interpénètrent pas), forces de frottement (c’est le cas des matériaux usuels après tout).

Avec la Terre : le poids.

Avec l’air : frottements fluides, poussée d’Archimède.

Est-ce que certaines interactions sont négligeables et pourquoi ?

Bon, pour faire simple, on va négliger les interactions avec l’air. C’est raisonnable tant qu’on tourne pas trop vite et que le cerceau est suffisamment dense et qu’on ne regarde pas tourner trop longtemps.

Les forces de contact avec le poteau, impossible de les négliger, c’est le cœur de l’exercice (on ne pourrait pas tourner autour du poteau sans).

Les forces de frottements et le poids, on va sûrement en avoir besoin, on les garde aussi. On pourra y réfléchir plus en détail après.

Où s’appliquent ces forces ?

Bon là ça devient un peu bizarre puisque le cerceau est un solide, et qu’on devrait plutôt faire de la mécanique du solide que de la mécanique du point, mais soit.

Pour une force, qui est un vecteur, il faut trouver :

  • un point d’application (le pied du vecteur),
  • une direction (une droite suivie par le vecteur),
  • un sens (vers où pointe le vecteur),
  • une norme (longueur du vecteur), mais ici on s’en fiche un peu.

Et je te laisse cherche plus. Un peu de raisonnement physique aide à partir de là.

Méthode 2

Quand on déjà sait un peu comment ça bouge.

Ce que je décris ci-avant c’est la méthode générale pour résoudre un « vrai » problème physique. Ici, c’est particulier parce qu’on te décrit exactement le mouvement (vitesses des points connues à tout instant), et donc tu peux retrouver l’accélération à partir de ça et donc la résultante des forces qui s’appliquent (en prenant soin de réfléchir au caractère galiléen ou non de ton repère).

Bref, j’en ai trop dit.

Édité par Aabu

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Tu parles de "Force de frottement statique".

Frottement, c’est une notion compliquée, et frottement statique, je ne connais pas (ceci dit, je ne connais pas grand chose en physique, ce n’était vraiment pas mon truc).

Pour moi, entre force centrifuge et force centripète, c’est un peu comme l’histoire de la poule et de l’oeuf. Laquelle précède l’autre, je ne sais pas.

Dans ma façon de voir les choses, si on regarde ce qui se passe à un instant t0, et si on analyse la millième de seconde qui précède cet instant t0. Pendant ce très court instant, on peut assimiler la trajectoire du cerceau à un segment de droite.

Et, quand un objet a un mouvement rectiligne, sa tendance naturelle, c’est de continuer ce mouvement rectiligne (en gardant la même vitesse). C’est la force d’inertie qui veut ça. Sauf que ici, on lui donne un autre nom. La force d’inertie pousse le cerceau à s’éloigner du poteau. On peut utiliser d’autres mots : éloigner —> fuir, poteau —> centre . Fuir le centre, traduit en latin, ça donne centrifuge. Notre force d’inertie, dans ce contexte, elle s’appelle force centrifuge. Mais le poteau empêche le cerceau de s’éloigner, il transforme le mouvement naturel (=rectiligne) en un mouvement circulaire. La force en question est la force centripète.

Quand on parle de frottement, ça se traduit systématiquement par un ralentissement. Ici, on nous dit que la vitesse angulaire est constante. Donc pas de frottements.

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Histoire que les futurs lecteurs comprennent pourquoi ton message est downvoté.

Tu parles de "Force de frottement statique".

Frottement, c’est une notion compliquée, et frottement statique, je ne connais pas (ceci dit, je ne connais pas grand chose en physique, ce n’était vraiment pas mon truc).

C’est une notion relativement basique en physique, en principe quand on sait soi-même que l’on ne connait pas les notions abordées dans une discussion, on évite de pondre une explication qui aura de grandes chances d’être erronée… Les frottements statiques, ce sont les forces de frottements entre deux solides qui ne glissent pas l’un part rapport à l’autre et qui s’opposent à la mise en place du glissement. Par opposition, les frottements dynamiques sont ceux qui agissent lorsqu’il y a effectivement glissement entre deux solides et qui tendent à ralentir le mouvement relatif.

Pour moi, entre force centrifuge et force centripète, c’est un peu comme l’histoire de la poule et de l’oeuf. Laquelle précède l’autre, je ne sais pas.

La force centrifuge, ça n’existe pas.

Et, quand un objet a un mouvement rectiligne, sa tendance naturelle, c’est de continuer ce mouvement rectiligne (en gardant la même vitesse). C’est la force d’inertie qui veut ça.

La force d’inertie, ça n’existe pas non plus.

Mais le poteau empêche le cerceau de s’éloigner, il transforme le mouvement naturel (=rectiligne) en un mouvement circulaire. La force en question est la force centripète.

Et la seule façon de transformer un mouvement rectiligne en un mouvement circulaire (ou inversement), ce sont les frottements.

Quand on parle de frottement, ça se traduit systématiquement par un ralentissement. Ici, on nous dit que la vitesse angulaire est constante. Donc pas de frottements.

elegance

Pour comprendre pourquoi cet argument est complètement faux, imaginons que l’on soit dans une voiture posée sur une plaque de verglas parfait qui ne frotte pas du tout (i.e. rien ne s’oppose à la mise en place et au maintien du glissement entre les roues et le verglas). Lorsqu’on appuie sur le champignon, les roues tournent. Mais comme le verglas glisse parfaitement, les roues (et la voiture) restent sur place. En revanche, si on se place sur un goudron et que l’on a des pneux avec un fort coefficient de frottement statique (qui nous dit en gros la force qu’il faut appliquer pour démarrer le glissement), la roue ne va glisser du tout sur le goudron et le mouvement circulaire des roues va être transformé en un mouvement rectiligne de la voiture grâce aux frottements statiques. Ici, la présence de frottements se traduit par une accélération de la voiture par rapport au sol. C’est la même chose avec le cerceau, si tu graisses le poteau, le cerceau va bêtement glisser dessus horizontalement lors de la première impulsion et tomber. Sans frottement statique, pas de rotation.

Édité par adri1

I don’t mind that you think slowly, but I do mind that you are publishing faster. — W. Pauli

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