Travail d`une force

Travail d’une force
A. Qu'est ce que le travail d'une force ?
1. Expérience :
On dispose d'un chariot. On agit sur le mouvement du chariot à
l'aide d'un sèche cheveux.
Comparer l'efficacité de la force qui agit sur le mouvement
du chariot pour lui faire prendre une vitesse donnée, selon
l'intensité, la direction suivant lesquels l'air est soufflé sur le chariot.
– Quelle est la direction la plus efficace pour accélérer le chariot?
– Y a-t-il une direction particulièrement inefficace pour agir sur la vitesse du chariot ?
2. Avez-vous compris ?
Choisir le texte de chaque bulle parmi les phrases
suivantes et les inscrire dans le dessin
A- Je fais ce que je peux !
B- Je ne sers à rien !
C- C'est moi le meilleur !
D- Je résisterai !
Lorsqu’une force F constante agit sur un mobile en mouvement de translation tout au long d'un
déplacement AB, on dit qu'elle effectue un travail W. Selon les cas le travail peut-être "moteur",
"résistant" ou "nul".
Dans l’exemple ci-dessus, quelles sont les forces dont le travail est moteur, résistant, nul.
3. On veut exprimer le travail d’une force constante lors d'un déplacement rectiligne AB. Parmi les relations
proposées ci-dessous, quelle est celle qui vous parait convenir le mieux? α désigne l'angle de F avec le
déplacement AB.
W = F. AB
W = F.AB.sinα
W = F.AB.cosα
W = F.AB.α
A retenir :
Le travail de F, force constante, pour un déplacement rectiligne AB de son point d’application est le
………………………………………………………….. du vecteur F et du vecteur AB.
L'unité de travail dans le système international est le joule (J) .
WAB (F ) = …………………….......... ( α = angle (F , AB )
B/ Influence du travail d’une force sur le mouvement d’un objet
Au curling, les pierres lancées par les joueurs glissent sur la glace et finissent par s’arrêter sous l’effet du
frottement.
Existe-t-il une relation entre le travail de la force de frottement et la vitesse de la pierre ?
Une pierre de curling a la forme d’une sphère aplatie de 19 kg environ. Son mouvement sur la glace est guidée
par le lanceur jusqu’à la « Hog Line » : elle est ensuite lâchée et glisse jusqu’à s’approcher le plus près possible
d’un cible.
Les joueurs frottent le sol devant la pierre avec un balai, afin de réchauffer légèrement la glace et ainsi diminuer
les frottements. Pour l’étude du mouvement de la pierre, une tige a été disposée verticalement sur l’une d’elle, à
l’aplomb de son centre de gravité. Une série de diodes laser accompagnées de photodétecteurs placés en vis-àvis ont été installés le long de la piste, tous les 5 mètres. On repère l’instant de passage de la pierre lorsque la
tige s’interpose entre un faisceau et le photodétecteur associé.
Résultats obtenus pour une pierre de masse m = 18,85 kg
Forces subies par la pierre en mouvement
1) Saisir les mesures dans un tableur. Représenter x(t) et modéliser la courbe obtenue par une fonction de
1
la forme :
x(t )   at 2  v0t
2
2) En déduire les valeurs de la norme de l’accélération a et de la vitesse v0 de la pierre, assimilée à un point
matériel.
3) En utilisant la 2ème loi de Newton, trouver une relation entre RT et a
4) Déterminer la valeur de RT.
5) Que vaut le travail du poids ? Même question pour le travail de la force RN. Justifier.
6) Exprimer le travail de RT en fonction du déplacement x.
7) A l’aide du tableur,
a) calculer le travail W de RT entre x=0 et les abscisses des photodétecteurs.
b) calculer la vitesse v de la pierre au cours du mouvement.
c) calculer la variation d’énergie cinétique ∆Ec = Ec[i]-Ec[0] = 0,5*m*( v[i]2 – v[0]2). Interpréter.
8) a) A partir de l’équation horaire question 1), exprimer la vitesse v en fonction du temps.
b) Que vaut la vitesse lorsque la pierre s’arrête ? En déduire le temps de parcours t .
c) La pierre peut-elle s’arrêter sur la cible ?
Conclusion
9) Indiquer l’expression du travail d’une force de frottement constante F que subit un point matériel,
lorsqu’il se déplace rectilignement d’un point A vers un point B ?
10) Peut-on dire que le travail d’une force est un mode de transfert d’énergie ? Justifier.
11) Comment évolue la vitesse du système lorsqu’une force travaille ? Préciser lorsque le travail est
moteur ou résistant.