"la tension" vecteur

Cégep Ahuntsic
SOLUTIONNAIRE
des exercices suggérés
du livre Harris Benson, Mécanique
pour le cours 203-NYA-05.
Giuseppe Calabrese
Martin Charest
Pierre Jodoin
Jean Mongeon

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Raynald Pepin
Dernière révision: décembre 2003 Dominique Simon

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La physique, c'est un peu du gâteau!
J'aime la physique un peu, beaucoup, passionnément, à la folie... pas du tout! Souvent,
s'arrachant les cheveux sur un problème de physique, on a envie d'opter pour la
dernière possibilité et de tout sacrer là pour un bout de temps. Parfois, ça fait du bien...
mais tout de même, il serait préférable de s'éviter ces déchirements. Pour cela, il faut
développer une méthode de résolution de problèmes.
Résoudre un problème de physique, c'est comme faire un gâteau (au chocolat, j'adore).
Si on commence à faire le gâteau sans lire la recette, sans s'assurer qu'on a tous les
ingrédients et tous les ustensiles, sans vérifier qu'on est bien préparé à faire toutes les
opérations nécessaires, on risque fort de rester l'estomac vide... ou barbouillé. Ou
encore, on peut très bien faire toutes les opérations nécessaires à la confection du
gâteau, mais pas dans le bon ordre... et le gâteau sera aussi raté.
En général, l'expérience personnelle, ou les conseils d'autres personnes, nous font
adopter certaines méthodes culinaires éprouvées. Tentons de faire de même en
physique.
La première chose à faire est évidemment de comprendre la recette... ou le problème.
Évidemment, ceci n'est possible que si on a quelques notions de cuisine ou, en
physique, si on a suffisamment étudié la théorie. Sinon, on n'arrive pas à faire le lien
entre les différentes données du problème, ou entre l'énoncé et des quantités physiques
présentant un sens pour nous, ou encore la réalité et sa représentation abstraite. Bref,
sans étude préalable, le problème semble souvent incompréhensible, ou trop difficile.
Il est important de tenter de se représenter dès le début ce qui se passe. Dans votre
livre de recettes, vous avez une photo du gâteau. Pour le problème de physique, faites-
vous donc un schéma de la situation! Indiquez-y le maximum d'information: les objets
concernés, les caractéristiques de leur mouvement, leurs masses, les forces auxquelles
ils sont soumis, etc. Relisez la question et inscrivez bien toutes les données sans en
oublier.

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Utilisez une notation appropriée, avec des symboles "parlants", en spécifiant si né-
cessaire, avec des indices, les objets ou les instants en cause (exemple : v1 , p1... ).
Parfois, il n'est pas facile d'exprimer une donnée verbale en langage algébrique, ce qui
est pourtant essentiel en physique: vous apprendrez avec l'expérience. Par exemple,
un problème demande la hauteur maximale atteinte par une balle lancée en l'air. En
physique, il faut traduire: "à cet instant, la vitesse verticale est nulle" et trouver la
hauteur qui correspond à cette situation.
Ensuite, indiquez quelles sont les inconnues. Pourquoi? Rassemblez donc les
ingrédients de votre gâteau, et demandez à quelqu'un d'autre de continuer, sans lui dire
qu'il s'agit de faire un gâteau! La personne va être très embêtée. Il est très important
que la question soit claire, autrement il est difficile de déterminer quoi faire. En
indiquant quelles sont vos inconnues, vous précisez vos objectifs (c'est très important,
ça, dans la vie).
Enfin, vous devez identifier si certaines conditions s'appliquent au problème en cause.
Par exemple, l'accélération est-elle constante? Le frottement statique est-il maximum?
Y a-t-il une force extérieure résultante?
Voici le travail de débroussaillage terminé. Après les ingrédients, il faut rassembler les
ustensiles et les appareils nécessaires. En physique, ça veut dire identifier les
éléments de théorie et les équations nécessaires: équations du mouvement
uniformément accéléré, seconde loi de Newton, loi de conservation de l'énergie, etc.
Maintenant, il reste à définir une stratégie pour résoudre le problème. Comment
mélanger tous les ingrédients sans faire de grumeaux? Parfois, c'est facile. On a déjà
rencontré un problème semblable, ou légèrement différent. Quand le problème est
simple, le cheminement à suivre pour parvenir à la solution peut être évident dès le
départ (par exemple, il n'y a qu'une seule inconnue et une seule équation à utiliser).
Dans d'autres cas, le gâteau est plus élaboré, on ne sait pas trop où on s'en va au
départ. On déduit alors le plus de choses possible de nos données initiales, jusqu'à ce
que la voie à suivre s'impose d'elle-même. Par exemple, il arrive souvent qu'on ait à
déterminer une inconnue intermédiaire avant d'être en mesure de calculer l'inconnue
demandée. D'autre part, il existe quelquefois plus d'une voie pour parvenir à la solution:
essayez celle qui vous semble la plus évidente.

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Le cheminement étant à peu près élaboré, il reste à cuire le gâteau, compléter les
calculs, trouver l'inconnue cherchée, prouver l'expression demandée... Assurez-vous de
ne rien oublier, inscrivez toutes vos unités (1 tasse de poudre à pâte, c'est très différent
d'une cuillerée à thé!) et vérifiez chaque étape après l'avoir complétée.
Le gâteau est prêt? Il reste encore à le goûter. Pouvez-vous vérifier ou analyser votre
résultat, revoir votre raisonnement? Votre résultat semble-t-il logique? (la vitesse de
l'auto atteint-elle 2,34 x 106 km/h?) Les unités, les signes sont-ils corrects? (la masse du
bloc vaut-elle –30,0 kg2?)
Le gâteau est terminé. En continuant à travailler ainsi avec méthode, vous deviendrez
une ou un scientifique compétent (ça devrait être votre objectif). Ça sent bon, vous
salivez... bonne dégustation! C'est ici que la physique enfonce la gastronomie: le
problème de physique, lui, qui nous fait souvent suer, ne fait pas engraisser!
R.P.