mécanique (PTSI) · Chapitre 3 · Application directe du cours
Le grand huit
Approche énergétique du mouvement d'un point · niveau 2
Énoncé
Dans un parc d'attractions, un wagon de masse (passagers compris) est lâché sans vitesse initiale au sommet d'une montagne russe, à une hauteur au-dessus du sol. La piste est supposée parfaitement lisse (frottements négligés). Le wagon dévale jusqu'au creux situé au niveau du sol (), puis remonte une bosse de hauteur . On prend .
- Quelle grandeur se conserve le long du parcours, et pourquoi ? Qu'attend-on qualitativement pour la vitesse en par rapport à ?
- Établir l'expression littérale de la vitesse au creux en fonction de et , puis celle de au sommet de la bosse.
- Calculer numériquement et (en et ).
- Quelle est la hauteur maximale que pourrait atteindre le wagon sur une bosse, et que se passerait-il pour une bosse plus haute ?
Corrigé
1. La piste étant sans frottement et le poids étant la seule force qui travaille (la réaction normale est perpendiculaire au mouvement, donc de travail nul), l'énergie mécanique se conserve. Comme est plus bas que , le wagon y aura converti davantage d'énergie potentielle en énergie cinétique : on attend .
2. Conservation entre () et un point d'altitude : , d'où . En et en :
La masse a disparu : la vitesse ne dépend pas de la charge du wagon.
3. Applications numériques :
On a bien .
4. Le wagon s'arrête () lorsqu'il retrouve son altitude de départ : , soit . Une bosse plus haute que ne pourrait jamais être franchie : le wagon s'arrêterait avant puis redescendrait.
Ce que ça nous apprend. Sans apport d'énergie, un mobile ne peut jamais remonter plus haut que son point de départ : les ingénieurs conçoivent les montagnes russes en hauteurs décroissantes, avec une marge car les frottements réels « volent » un peu d'énergie à chaque tour.
100 % gratuit
La suite du chapitre est sur Adloun
- 21 autres exercices corrigés dans ce chapitre, et 10 à chercher avec le tuteur
- Les 2 QCM du chapitre, le premier sans compte
- Le podcast et la vidéo du chapitre et la correction filmée du TD : 2 minutes sans compte
- Le tuteur, qui guide pas à pas sans donner la réponse
Sans compte : le cours, le premier QCM et 2 minutes de podcast et de vidéo. Exercices et tuteur : inscription gratuite en 30 secondes, sans carte bancaire.