mécanique (PTSI) · Chapitre 1 · Application directe du cours
Le toboggan hélicoïdal du parc aquatique
Cinématique du point · niveau 2
Énoncé
Dans un parc aquatique, un toboggan s'enroule autour d'un cylindre vertical de rayon . Un baigneur glisse à vitesse angulaire constante autour de l'axe, tout en descendant de chaque seconde. On repère sa position en coordonnées cylindriques : , et , avec .
- Écrire le vecteur position , puis établir le vecteur vitesse .
- Calculer et montrer qu'elle est constante. Le mouvement est-il uniforme ?
- Déterminer l'angle que fait la vitesse avec le plan horizontal.
- Combien de temps faut-il pour un tour complet ? De combien le baigneur a-t-il descendu ?
Corrigé
1. En cylindriques, . Comme est constant et , on a , d'où
Pas de composante radiale : le baigneur reste à distance de l'axe.
2. Les composantes étant orthogonales,
Avec : . , , étant constants, l'est aussi : le mouvement est uniforme (et hélicoïdal).
3. L'angle de descente sous l'horizontale vérifie
4. Un tour complet : . La descente correspondante vaut
Ce que ça nous apprend. Un mouvement hélicoïdal uniforme combine une rotation à et une translation verticale à : la trajectoire est courbe et plonge, mais la vitesse garde une norme constante. « Uniforme » qualifie la norme de la vitesse, pas sa direction.
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