Physique: chap 14

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Questions and Answers

Quel est le principal effet de l'énergie mécanique au niveau macroscopique ?

Elle est dissipée sous forme de mouvements désordonnés. (correct)

Elle se transforme en chaleur.

Elle est totalement conservée.

Elle est amplifiée par des forces externes.

Lors de l'application d'une force parallèle à la surface de contact, quelle force observe-t-on en plus de la force normale ?

Une force de frottement cinétique.

Une force de frottement statique. (correct)

Une force de gravité.

Une force de tension.

Que représente la force Ff lorsque deux corps sont au repos l’un par rapport à l’autre ?

La force de frottement cinétique maximale.

La force résultante de la gravité.

La force de frottement antiparallèle à Fext. (correct)

La force d'accélération.

Quelles forces agissent sur un objet soumis à une force externe Fext lorsqu'il est au repos ?

Force normal et force de frottement statique. Signup and view all the answers

Comment la force de frottement est-elle généralement proportionnelle ?

Proportionnelle à la force normale. Signup and view all the answers

Quelle condition doit être remplie pour que la force de frottement statique soit observée ?

Une force externe doit être appliquée. Signup and view all the answers

Quel est le lien entre la force externe et la force de frottement au repos ?

Les deux forces se compensent exactement. Signup and view all the answers

Quel type de frottement est observé lorsque Ff est égal à Fext ?

Frottement statique maximal. Signup and view all the answers

Quelles sont les grandeurs physiques généralement conservées dans le mouvement d'un corps ?

L'énergie cinétique, l'énergie potentielle et l'impulsion Signup and view all the answers

Qu'est-ce qui permet à un athlète d'acquérir une vitesse maximale juste avant un saut ?

Une énergie cinétique optimale Signup and view all the answers

Quel est l'impact des forces dissipatives sur le saut en hauteur ?

Elles réduisent l'énergie totale disponible Signup and view all the answers

À quel moment la vitesse du sauteur est-elle nulle lors du saut ?

À la hauteur maximale Signup and view all the answers

Quelle est la relation entre l'énergie cinétique (Ecin) et la vitesse (v) au point de départ du saut ?

Ecin est proportionnel à la vitesse au carré Signup and view all the answers

Pourquoi les athlètes doivent-ils travailler sur leur technique de saut ?

Pour optimiser l'utilisation de l'énergie cinétique Signup and view all the answers

Comment le frottement sec influence-t-il le saut en hauteur ?

Il diminue la vitesse de la course Signup and view all the answers

Quel ordre de grandeur est généralement attendu pour la vitesse d'un sauteur juste avant le saut ?

10 m/s Signup and view all the answers

Quelle affirmation sur l'énergie cinétique d'un objet en rotation est correcte ?

Elle est calculée en utilisant le moment d'inertie. Signup and view all the answers

Que se passe-t-il si le Soleil disparaît instantanément ?

La force d'attraction disparaît 8 minutes après. Signup and view all the answers

Le moment cinétique d'un objet en mouvement rectiligne à vitesse constante est :

conservé. Signup and view all the answers

Comment l'énergie cinétique dans un mouvement angulaire est-elle exprimée ?

Similaire à l'énergie de translation avec un nouveau moment d'inertie. Signup and view all the answers

Quel est le principe fondamental énoncé par le théorème d'Emmy Noether ?

Des grandeurs physiques sont conservées en présence de symétries. Signup and view all the answers

Qu'est-ce qui est conservé lorsque des symétries sont observées dans l'Univers ?

Le moment cinétique. Signup and view all the answers

Quelle affirmation est correcte concernant la conservation de la quantité de mouvement ?

Elle est conservée lors d'une translation rectiligne. Signup and view all the answers

Qu'est-ce qui indique que l'énergie cinétique est plus élevée ?

Lorsque la vitesse est grande. Signup and view all the answers

Qu'implique une isotropie de l'espace dans le contexte des lois physiques ?

Les résultats des expériences sont constants sous rotation. Signup and view all the answers

Quelle relation est établie entre les symétries et la conservation ?

La présence de symétries implique des grandeurs physiques conservées. Signup and view all the answers

Dans quel cas le moment cinétique d'un corps ne serait-il pas conservé ?

Lorsque le corps est soumis à des forces externes. Signup and view all the answers

Quelle des propositions suivantes sur la vitesse et l'énergie est fausse ?

L'énergie cinétique n'est pas liée à la direction de l'objet. Signup and view all the answers

Quel aspect physique peut être affecté par une conservation sous rotation ?

Le moment cinétique. Signup and view all the answers

Pourquoi dit-on que les lois physiques ne changent pas par rotation ?

Parce que l'espace est homogène et isotrope. Signup and view all the answers

Quel type de grandeurs est concerné par le théorème de conservation d'Emmy Noether ?

Les grandeurs mesurables et physiques. Signup and view all the answers

Si des résultats expérimentaux varient lorsque les conditions sont modifiées, que peut-on conclure ?

Les symétries ne sont pas respectées. Signup and view all the answers

Quel est le comportement des forces de frottement statique lorsqu'une force extérieure dépasse leur maximal?

Elles diminuent brusquement. Signup and view all the answers

Comment le coefficient de frottement cinétique ($, ext{µ}_c$) est-il affecté par la vitesse d'un corps dans un fluide?

Il reste constant indépendamment de la vitesse. Signup and view all the answers

Quelle est la relation entre la vitesse et les frottements visqueux dans un fluide?

Ils augmentent de manière linéaire à basse vitesse. Signup and view all the answers

Quand l'objet se met-il à glisser sous l'effet d'une force extérieure?

Lorsque la force extérieure dépasse la force de frottement statique maximale. Signup and view all the answers

Quel est le rapport entre le frottement cinétique et la force de normal ($N$)?

Le frottement cinétique est proportionnel à $N$. Signup and view all the answers

Pourquoi la vitesse de course n'augmente-t-elle pas le coefficient de frottement statique ($, ext{µ}_s$)?

C'est une propriété intrinsèque des surfaces. Signup and view all the answers

Quelles sont les conditions de frottement à haute vitesse dans un fluide?

Elles deviennent turbulentes. Signup and view all the answers

Quelle affirmation est correcte concernant la force de frottement cinétique par rapport à la vitesse?

Elle est proportionnelle à la vitesse à basse vitesse. Signup and view all the answers

Quelle est la formule utilisée pour calculer l'énergie potentielle (Epot) ?

Epot = mgh Signup and view all the answers

Quel est l'état de l'énergie cinétique (Ecin) lorsque la vitesse est nulle ?

Ecin est minimale Signup and view all the answers

Quelle est la valeur totale de l'énergie (Etot) mentionnée dans le contenu ?

4'800 J Signup and view all the answers

Quelle condition est nécessaire pour conserver l'énergie lors du transfert de la perche ?

Le transfert doit se faire sans perte Signup and view all the answers

À quelle hauteur correspond l'énergie potentielle de 4'800 J si m = 60 kg et g = 9.81 m/s² ?

6 m Signup and view all the answers

Comment varie l'énergie cinétique lorsque la vitesse augmente ?

Elle augmente proportionnellement au carré de la vitesse Signup and view all the answers

Quel enregistrement du monde du saut à la perche est mentionné dans le contenu ?

6.25 m Signup and view all the answers

Quelle est l'unité de mesure de l'énergie potentielle ?

Joule Signup and view all the answers

Que représente Ecin = 4'000 J pour la hauteur de 1 m selon le contenu ?

Elle est suffisante pour dépasser l'énergie potentielle Signup and view all the answers

Quel événement se déroule le 05.08.2024 ?

Les Jeux Olympiques de Paris Signup and view all the answers

Quelles sont les grandeurs physiques qui doivent être conservées lors d'un saut à la perche ?

L'énergie potentielle et l'énergie cinétique Signup and view all the answers

Quel est l'impact de la vitesse sur l'énergie totale d'un athlète lors d'un saut à la perche ?

L'énergie totale augmente avec la vitesse Signup and view all the answers

Quel est le rôle de l'énergie cinétique pendant le saut à la perche ?

Elle permet l'élévation de l'athlète Signup and view all the answers

Study Notes

Chapitre 14 - Mécanique V - Lois de conservation

Ce chapitre traite des lois de conservation en mécanique.
Le cours est dispensé par le Pr François Bochud.
Le module fait partie du cours de physique générale (FBM - BMed - module B1.1).

Objectifs

Identifier les trois grandeurs physiques conservées dans le mouvement d'un corps.
Expliquer les principes de conservation du mouvement.
Calculer les variables du mouvement (linéaire et angulaire) à l'aide des grandeurs conservées.
Distinguer les forces conservatives et dissipatives.
Calculer les forces de frottement sec dans des situations simples.

Peut-on dépasser le record du saut en hauteur ?

La technologie des perches évolue constamment.
Des perches plus longues pourraient potentiellement améliorer les performances.
Cependant, il existe des limites physiques imposées par les lois de la physique.

Pourquoi l'athlète court-il avant le saut ?

L'athlète court pour développer une énergie cinétique importante.
Cette énergie cinétique est transformée en énergie potentielle juste avant le saut.
Augmenter l'énergie cinétique avant le saut permet de franchir une hauteur plus élevée.
Courir permet une meilleur acquisition d'énergie cinétique nécessaire au saut.

Vitesse du sauteur juste avant le saut

L'ordre de grandeur de la vitesse est de 10 m/s (36 km/h).

Energie du système (saut en hauteur)

L'énergie cinétique d'un sauteur à l'instant où il plante la perche est de 4000 J.
L'énergie potentielle du sauteur au point le plus haut avant le saut est de 4800 J.
L'énergie totale du système est conservée.
La masse du sauteur est prise égale à 80 kg.

Evolution des records du monde au saut avec perche

La figure du graphique montre une hausse des records mondiale du saut en hauteur avec le temps.
Cette évolution montre l'amélioration des performances au fil du temps grâce aux progrès techniques et aux méthodes d'entraînement.
Les records mondiaux en saut à la perche sont mis en lumière par le graphique montrant leurs évolutions année après année.
Les noms de Yelena Isinbayeva et d'Armand Duplantis, figurent comme les détenteurs de records à différents moments.

Comment sait-on que ces grandeurs sont conservées ?

Elles sont déduites de l'expérience et jamais réfuté par la nature.
Les lois de conservation s'appuient sur des symétries mathématiques.

Conservation et théorème d'Emmy Noether

Si des symétries sont observées dans l'Univers, les grandeurs physiques sont conservées.
La conservation de l'énergie, de la quantité de mouvement et du moment cinétique découlent de symétries.

Si le Soleil disparaissait soudainement

La force d'attraction du Soleil disparaîtrait 8 minutes après sa disparition.
Cela aurait un effet immédiat sur l'orbite des planètes comme la Terre.

Trajectoire de la Terre après la disparition du Soleil

La Terre poursuivrait une trajectoire elliptique, mais sans le Soleil pour l'attirer, sa trajectoire deviendrait rectiligne.
La conservation du moment angulaire est essentielle à ce sujet.

Moment cinétique lors d'un mouvement rectiligne

Le moment cinétique d'un corps se déplaçant sur une trajectoire rectiligne et à vitesse constante est conservé.

Le mystère de la chute des chats

Les chats retombent sur leurs pattes grâce à la conservation du moment cinétique.
Les chats utilisent leur corps de manière à transférer une partie du moment cinétique initial vers un autre axe de rotation.

Forces dissipatives et frottements

Les forces de frottement ne dépendent pas uniquement de la position.
Elles dissipent de l'énergie mécanique.
Déplacer un objet nécessite de fournir du travail.
Ramener un objet à sa position initiale nécessite aussi de fournir du travail.

La force de frottement dépend-elle de la surface de contact ?

Oui, la tribologie (science des frottements) montre que la force de frottement dépend de la surface de contact.

À l'échelle microscopique, les surfaces ne sont pas aussi lisses qu'on le pense.

Les surfaces microscopiques ne sont pas lisses, mais ont des irrégularités.
La force de frottement dépend très peu de la surface de contact à l'échelle macroscopique.

Frottements secs

L'expression mathématique de la force de frottement sec est donnée dans les notes.
La force de frottement sec dépend de la force normale.
La force de frottement sec est proportionnelle à la force normale.

Frottements visqueux

Les frottements visqueux dépendent de la vitesse du corps.
Ils augmentent avec la vitesse.

Pourquoi faut-il courir ?

Les facteurs qui influencent les frottements sont étudiés en mécanique.

L'énergie cinétique

La conservation des énergie cinétique est observée à différentes échelles.
Les transformations énergétiques sont expliqués notamment lors du saut en hauteur.

###Exemple de question d'examen

Un objet glisse sans friction sur un plan incliné à 45° . Le but est de calculer l'énergie cinétique de l'objet bas de la pente.
La masse de l'objet, la longueur du plan, et l'accélération due à la pesanteur sont donnés dans l'exercice.

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Description

Testez vos connaissances sur l'énergie mécanique et les forces de frottement. Ce quiz aborde les concepts essentiels de la physique concernant les forces agissant sur les objets au repos et en mouvement. Préparez-vous à répondre à des questions clés sur la dynamique et les interactions entre les corps.