1° S - activité de physique n° 8 :

1° S - activité de physique n° 8 :
TRAVAIL D'UNE FORCE
I. Expression du travail d'une force constante
On dispose d'une voiture miniature à roues non directionnelles. Au départ, la voiture est
immobile sur une table plane et horizontale. On peut agir sur la voiture à l'aide d'un sèchecheveux placé, comme elle, dans le plan horizontal.
1. On souhaite mettre en mouvement la voiture à l'aide du sèche-cheveux. Faire un schéma de
la situation et représenter les forces qui agissent sur la voiture, au moment où elle est mise en
mouvement. Interpréter en utilisant les lois de Newton.
2. Comment faire, pour qu'une fois en mouvement, la voiture conserve une vitesse constante ?
Interpréter en utilisant les lois de Newton.
3. Existe-t-il des directions du sèche-cheveux particulièrement efficaces pour :
- accélérer la voiture lors de sa mise en mouvement ;
- l’arrêter une fois qu’elle a été mise en mouvement.
4. Existe-t-il, de même, des directions du sèche cheveux particulièrement inefficaces pour
modifier la vitesse de la voiture en mouvement.
5. Que peut-on dire des directions intermédiaires ?
Lorsqu'une force constante F agit sur un solide et que le solide effectue un translation
rectiligne d'un point A à un point B, on dit que la force F effectue un travail noté WAB( F ).
Selon les cas, ce travail peut être moteur, résistant ou nul.
6. A votre avis, dans quel cas le travail est-il moteur, résistant, nul ?
7. Dans les situations précédentes, dans quel(s) cas le travail de la force exercée par l'air
expulsé par le sèche-cheveux sur la voiture était-il moteur, résistant ou nul ? Justifier.
8. Parmi les expressions littérales suivantes, proposées pour définir le travail effectué par une
force constante d'intensité F au cours d'un déplacement rectiligne de A à B, quelle est celle
qui vous paraît le mieux convenir pour l'ensemble des situations précédentes :
a. W = F.AB
b. W = - F.AB
c. W = F.AB.sin
d. W = F.AB cos
e. W = F.AB.tan
Préciser, en vous appuyant sur un schéma clair, représentant la voiture et le sèche-cheveux, ce
que représente l'angle .
9. La fatigue est une sensation physiologique n’impliquant pas forcément un travail. Donner
l’exemple d’un geste qui occasionnerait de la fatigue sans que la force exercée fournisse un
travail mécanique.
II. A quoi sert le travail d'une force ?
1. Dans les exemples précédents, à quoi a servi le travail mécanique effectué par la
force F qui s'exerçait sur la voiture, à cause de la présence du sèche-cheveux ?
2. Quand vous remontez une piste de ski en utilisant un téléski, à quoi sert le travail effectué
par la force T que la perche exerce sur vous ?
3. Quand vous descendez une pente raide à vélo, à quoi sert le travail effectué par :

la force de frottement f que les patins de freins exercent sur la jante, lorsque vous
freinez ?

le travail exercé par le poids P , en l'absence de freinage ?
4. En admettant que le travail effectué par une force qui s'exerce sur un système modifie son
énergie, identifiez les différentes formes d'énergie mises en jeu dans les trois situations
décrites précédemment.
5. Etablir un lien entre le signe du travail exercé par une force et le sens de variation de
l'énergie du système sur lequel s’exerce cette force.
III. « Efficacité » du travail d’une force
Pour soulever, à vitesse constante, une même charge de masse m = 5,0 t, d’une hauteur
h = 20 m, on utilise plusieurs grues différentes.
1. Montrer que le travail de la force de traction T exercée par le câble sur la charge est le
même, quelle que soit la grue utilisée. Calculer la valeur numérique de W( F ), en utilisant
l’expression du travail mécanique établie à la question I.8.
2. De toutes les grues utilisées, comment savoir quelle est la plus efficace pour soulever la
charge ? Quel est le paramètre qui permet, dans cette situation particulière, d’effectuer le
classement des grues, en terme d’efficacité ?
3. Etablir l’expression littérale d’une nouvelle grandeur (dont vous connaissez déjà l’existence)
qui permettrait de rendre compte de l’efficacité d’une grue pour soulever la charge. Donner un
nom à cette grandeur. Préciser son unité S.I.