Adloun

physique (seconde) · Chapitre 3 · Exercice de TD

La luge retenue sur la pente

Modélisation des Actions Mécaniques et Principe d'Inertie · Bilan des forces et principe d'inertie · niveau 3 (difficile)

Énoncé

Une luge de masse est immobile sur une pente enneigée et lisse, inclinée d'un angle par rapport à l'horizontale. Elle est retenue par une corde tendue, parallèle à la pente et dirigée vers le haut de celle-ci. On néglige les frottements et on prend .

  • 1. Faire le bilan des forces qui s'exercent sur la luge : nom, auteur, direction, sens.
  • 2. En appliquant le principe d'inertie, que peut-on dire de la somme de ces trois forces ?
  • 3. En plaçant les trois vecteurs bout à bout, quelle figure doit-on obtenir ? Pourquoi ?
  • 4. Prolongement (avec la trigonométrie du cours de mathématiques). Calculer le poids , puis montrer que la tension vaut et la calculer.

Corrigé

  • 1. Trois forces s'exercent sur la luge : le poids (action à distance de la Terre, verticale, vers le bas, appliquée au centre de gravité) ; la réaction du support (action de contact de la neige, perpendiculaire à la pente puisque celle-ci est lisse, dirigée du support vers la luge) ; la tension de la corde (action de contact de la corde, parallèle à la pente, vers le haut de la pente).
  • 2. La luge est immobile dans le référentiel terrestre : d'après le principe d'inertie, les forces se compensent, .
  • 3. Mis bout à bout, les trois vecteurs doivent former un triangle fermé : on revient au point de départ, ce qui est la traduction graphique d'une somme vectorielle nulle. Si le triangle ne se referme pas, c'est que les forces ne se compensent pas.
  • 4. . Dans le triangle des forces, rectangle puisque , le côté est opposé à l'angle et en est l'hypoténuse : , d'où . La décomposition d'une force sera approfondie en classe de première.

Luge immobile : P + R + T = 0. R est perpendiculaire à la pente, T parallèle à la pente.

Mis bout à bout, les trois vecteurs se referment : leur somme est nulle.

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