Chapitre 5 de Physique
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Physique, Chapitre 5 PREMIERE S LE TRAVAIL D’UNE FORCE I – NOTION DE TRAVAIL D’UNE FORCE CONSTANTE 1°) Définition d’une force constante 2°) Condition pour qu’une force travaille Dans le langage courant, l’idée de travail est liée à la notion d’effort physique ou intellectuel et de fatigue. En physique, la définition est plus stricte car le travail mécanique fait intervenir force et déplacement : Si on pousse un objet très lourd sans parvenir à le déplacer, on ressent une fatigue musculaire mais la force que l’on exerce ……………………. Si on pousse un objet en parvenant à le déplacer, le point d’application de la force exercée se déplace et donc cette force ………………. 3°) Définition du travail d’une force constante cf. Activité : Quels sont les effets possibles d’une force dont le point d’application se déplace F F A B AB Remarque : Pour un solide en translation, le travail de l’ensemble des forces qui lui sont appliquées est identique à celui de leur résultante : W ( F1 ) W ( F2 ) ... W ( F ) où F F1 F2 ... est la résultante des forces. - 1/5 - Application : Un skieur, considéré comme un solide indéformable, emprunte un remonte-pente sur une piste supposé plane. Il se déplace de 600m, distance mesurée sur la piste supposée rectiligne. L’angle entre la direction de la piste et celle de la perche est 35 . L’action de la perche sur le skieur est représentée par une force F qui a même direction que la perche, et dont la valeur F est égale à 500N. 1°) Faire un schéma sur lequel on représentera le vecteur F et le vecteur déplacement AB de son point d’application. 2°) Calculer le travail de la force F au cours de ce déplacement. 4°) Travail moteur, résistant ou nul - 2/5 - 5°) Exemple : Cas du travail du poids d’un corps A zA Soit un axe 0z vertical et orienté vers le haut. Si le centre d’inertie G d’un corps passe d’une position A d’altitude zA à une position B d’altitude zB, le travail du poids est : W AB ( P ) P.AB = P AB cos h Dans le triangle rectangle ci-contre : h z A z B AB.cos Donc : W AB ( P ) mg z A z B zB B Remarque : Il faut toujours vérifier le signe de W AB ( P ) sachant que : si le corps descend, le travail du poids est moteur donc W AB ( P ) 0 Si le corps monte, le travail du poids est résistant donc W AB ( P ) 0 Application : A l’aide d’un treuil, on monte un bloc de masse m = 250kg le long d’un plan incliné d’un angle de 30,0° par rapport à l’horizontale. Le centre de gravité G du bloc parcout une distance AB égale à 12,0m. 1°) Faire un schéma sur lequel figureront A, B, un axe Oz vertical ascendant, l’altitude zA de A et zB de B 2°) Le travail du poids du bloc entre A et B est-il moteur ou résistant ? Quel est son signe ? 3°) Calculer W AB ( P ) le travail du poids du bloc entre A et B. On prendra g = 9,81N.kg-1 - 3/5 - III- PUISSANCE DU TRAVAIL D’UNE OU PLUSIEURS FORCES 1°) Notion de puissance Une valise peut être montée à l’étage d’un hôtel : En prenant l’ascenseur (en quelques secondes) En empruntant l’escalier (en quelques minutes). - Dans les deux cas, le travail mécanique à fournir est-il le même ? …………. - Pourquoi ? ………………………………………………………………….…………………………. - Quelle est la différence entre les situations ?………………………….………………………..……....... Conclusion : La puissance développée par l’ascenseur est plus importante que celle développée par l’homme. 2°) Puissance moyenne du travail d’une force Remarque : la puissance du travail d’une force est aussi une grandeur algébrique. Elle a le même signe que le travail de la force 3°) Puissance instantanée du travail d’une force La puissance instantanée est la puissance du travail d’une force à la date t. Elle est sensiblement égale à la puissance moyenne entre deux dates proches encadrant la date t. M2(t2) M1(t1) F Remarque : Dans le cas d’un solide en translation rectiligne uniforme, le vecteur vitesse est constant, v( t ) V et la puissance instantanée est égale à la puissance moyenne soit Pm F .V - 4/5 - Application : Les données mesurées par le TGV Atlantique sont données dans le tableau ci-dessous. L’angle représente l’inclinaison de la voie par rapport à l’horizontale. Fm est la valeur de la force motrice et Pm la puissance de cette force. V est la vitesse de train. On raisonnera en admettant que le travail de la force motrice est la même que si le TGV était tiré par une motrice exerçant sur lui une force de valeur Fm, parallèle aux rails. On considère un déplacement de 1km. V (km.h-1) Fm(kN) 0,00° 340 87,0 1,40° 180 146 1°) Calculer le travail de Fm pour chacun des cas envisagés. 2°) Calculer la durée de chacun des deux parcours et en déduire la puissance Pm de la force motrice. 4°) Quelques valeurs de puissances de différents systèmes mécaniques Système mécanique Moteur d’une voiture Moteur dune formule 1 Motrice de TGV Réacteur d’avion Centrale hydraulique Réacteur nucléaire Appareil propulsif de la fusée Ariane (au décollage) - 5/5 - Puissance moyenne (ordre de grandeur) 50 kW 590 kW 6 400 kW 25 000 kW 400 MW 900 MW 5 GW
