TSTL -PC - Physique

Thème 2 : Transport Chapitre 1
Activité – Travail d'une force
I – Introduction à la notion de travail d'une force
Un traîneau de masse m tiré par un chien de traîneau se déplace sur une surface plane parfaitement horizontale.
1. Faire l'inventaire des forces appliquées sur le traîneau puis les représenter sur le schéma sans souci d'échelle.
2. Dans cette configuration, quelles sont les forces qui peuvent jouer sur la vitesse du traîneau, celui-ci se déplaçant horizontalement ?
3. Rappeler l'expression de l'énergie cinétique du traîneau.
4. Si la vitesse du traîneau est multipliée par 2, comment varie l'énergie cinétique du traîneau ? Une réponse quantitative est attendue.
5. La force de frottement solide a-t-elle tendance à diminuer, à augmenter l'énergie cinétique du traîneau ? Justifier la réponse.
6. La force exercée par la corde de l'attelage sur le traîneau a-t-elle tendance à diminuer, à augmenter l'énergie cinétique du traîneau ?
Justifier la réponse.
II – Calcul du travail de différentes forces
F
est une force constante.
1. Rappeler l'unité du travail d'une force.
2. Si
AB
et
F
sont colinéaires et de même sens. On note d, la
distance entre A et B.
Exprimer
)F(WAB
en fonction de d et de F.
3. Si
AB
et
2
F
sont colinéaires et de sens opposés.On note d, la
distance entre A et B.
Exprimer
)F(W 2AB
en fonction de d et de F2.
4. Si
AB
et
3
F
sont orthogonaux , exprimer
)F(W 3AB
.
5. S'il existe un angle α entre
AB
et
4
F
, exprimer
)F(W 4AB
en
fonction de AB, de F4 et de α.
Une cabine de funiculaire de masse m = 2900 kg se déplace en translation le long d'un rail. Elle descend une pente faisant un angle θ = 35,0 ° par
rapport à l'horizontale. La vitesse du funiculaire est constante sur la portion de trajet étudiée et vaut 3,70 m/s. Le câble qui la retient est parallèle à
la pente et exerce une force
F
constante sur la cabine valant 15,7 kN.
6. Faire un schéma et représenter les forces appliquées sur la cabine sans souci d'échelle (on néglige tous les frottements).
7. On s'intéresse à un déplacement de la cabine le long de la pente entre un point M et un point N séparés de 470 m.
a. Calculer le travail de la force
F
exercée par le câble sur la cabine entre M et N.
b. Calculer le travail de la composante normale de la réaction du sol entre M et N.
c. Calculer l'angle entre le poids
P
et
MN
d. En déduire le travail du poids
P
entre M et N.
e. Indiquer pour chaque force si le travail est moteur ou résistant. Justifier les réponses.
Un skieur emprunte un remonte-pente (aussi appelé "Tire-fesse"). On considère que la piste est lisse. L'angle entre la perche du remonte-pente et
la piste est de 40 ° considéré constant sur toute la durée de la remontée. Grâce au remonte-pente, le skieur se déplace entre un point A et un point
B sur une longueur de 600 m. La force
F
exercée par la perche sur le skieur a même direction que la perche et a une intensité de 500 N.
8. Faire un schéma.
9. Calculer le travail la force
F
entre A et B et préciser si le travail est moteur ou résistant.

III – Cas particulier du travail du poids
1. Une personne doit se déplacer du point A au point B. Elle peut suivre deux trajets. Comparer le travail du poids lorsque la personne se
déplace d'un point A à un point B en empruntant le chemin 1 au travail du poids lorsque la personne se déplace d'un point A à un point B
en empruntant le chemin 2.
Chute libre
2. Un objet de masse m = 100 g chute d'une hauteur h = 50,0 cm. Faire un schéma.
3. Calculer le travail du poids.
4. Le travail du poids est-il moteur ou résistant ? Justifier.
Randonneur (extrait d'un sujet de bac)
Un randonneur décide de partir d’une altitude de 400 m, prévoit ensuite de prendre la passerelle et d’atteindre le col de Galarzé, puis le
pic d’Iparla. Il descendra ensuite en passant par le col d’Harrieta avant de rejoindre le point d’arrivée situé à une altitude de 310 m
(ferme Bordazar).
Données : masse du randonneur : mR = 80 kg ; masse de son équipement : mE = 12 kg ; g = 9,8 N.kg-1.
5. Exprimer puis calculer le travail du poids du marcheur avec son équipement lors de la randonnée.
6. Commenter le signe de la valeur obtenue. Indiquer, sans calcul mais en précisant votre raisonnement, quel aurait été la valeur du travail
du poids si la randonnée s'était effectuée dans l'autre sens (inversion des points de départ et d'arrivée).
Funiculaire
Une cabine de funiculaire de masse m = 2900 kg se déplace en translation le long d'un rail. Elle descend une pente faisant un angle
θ = 35,0 ° par rapport à l'horizontale. La vitesse du funiculaire est constante sur la portion de trajet étudiée et vaut 3,70 m/s.
Le câble qui la retient est parallèle à la pente et exerce une force
F
constante sur la cabine valant 15,7 kN.
7. Faire un schéma et représenter les forces appliquées sur la cabine sans souci d'échelle (on néglige tous les frottements).
8. On s'intéresse à un déplacement de la cabine le long de la pente entre un point A et un point B séparés de 470 m.
a. Calculer la valeur de zA - zB .
b. En déduire la valeur du travail du poids.
c. Indiquer si le travail du poids est moteur ou résistant. Justifier la réponse.
d. Calculer la puissance du poids
P
.