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mécanique (PCSI) · Chapitre 2 · Application directe du cours

Plus lourd au démarrage, le pèse-personne de l'ascenseur

Dynamique du point : les lois de Newton · niveau 2

Énoncé

Chaque matin, Léa monte au étage de son immeuble. Par jeu, elle a posé un pèse-personne dans l'ascenseur et s'est pesée pendant le trajet. Au démarrage vers le haut, l'aiguille indique nettement plus que les habituels, puis revient à en pleine montée. Que mesure réellement le pèse-personne ?

  • Sur quoi le pèse-personne se base-t-il pour afficher un « poids » ? Quelle force mesure-t-il en réalité ?
  • En appliquant le principe fondamental de la dynamique à Léa (masse ) dans le référentiel terrestre, exprimer la force exercée par le plateau sur ses pieds en fonction de , et de l'accélération de l'ascenseur (orientée vers le haut).
  • Application : au démarrage vers le haut, . Quelle masse le pèse-personne affiche-t-il (il convertit en divisant par ) ?
  • Que se passe-t-il en phase de montée à vitesse constante, puis au freinage avant l'arrêt ? Léa peut-elle « tricher » durablement sur sa masse ?

Corrigé

1. Un pèse-personne mesure la force de contact (la réaction normale ) que le plateau exerce sur les pieds ; par le principe des actions réciproques, c'est l'opposée de la force que les pieds exercent sur lui. Il n'affiche donc pas directement le poids, mais traduit en « masse » en divisant par .

2. Léa subit son poids (vers le bas) et la réaction (vers le haut). En projetant le PFD sur un axe vertical ascendant, avec une accélération de l'ascenseur orientée vers le haut :

3. L'appareil affiche . Numériquement : Soit environ « en trop ».

4. En montée à vitesse constante, donc : l'appareil affiche les vrais . Au freinage avant l'arrêt, l'accélération est dirigée vers le bas (), donc : Léa se sent momentanément plus légère et l'aiguille descend sous . La « tricherie » ne dure que pendant les phases d'accélération : impossible de durablement gagner ou perdre du poids.

Important

Ce que ça nous apprend. Le « poids apparent » n'est pas le poids : c'est la force de contact, qui augmente quand on accélère vers le haut et diminue quand on accélère vers le bas. C'est exactement la sensation dans un ascenseur, un avion au décollage ou un grand huit, et le principe même de l'« impesanteur » ressentie en chute libre, où .

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