Calcul de la Résultante des Forces
Comprendre le Calcul de la Résultante des Forces
Sarah et Tom participent à une compétition de science où ils doivent concevoir un petit véhicule qui peut se déplacer le plus loin possible sur une piste plane.
Ils utilisent un ressort pour propulser le véhicule. Au moment du lancement, le véhicule est soumis à plusieurs forces : la force exercée par le ressort, la force de friction entre le véhicule et la piste, et le poids du véhicule.
L’objectif de cet exercice est de calculer la résultante de ces forces pour déterminer si le véhicule peut avancer.
Données:
- Force exercée par le ressort (F_spring): 20 N dirigée vers l’avant.
- Force de friction (F_friction): 3 N dirigée vers l’arrière.
- Poids du véhicule (P): 10 N (note: la piste est horizontale, donc la force normale est égale au poids mais dirigée vers le haut).
Questions:
1. Dessinez un diagramme des forces agissant sur le véhicule.
2. Calculez la résultante des forces horizontales (F_res_horizontal).
3. Déterminez si cette force résultante permettra au véhicule de se déplacer vers l’avant.
Correction : Calcul de la Résultante des Forces
1. Diagramme des forces
Pour résoudre cet exercice, commençons par dessiner un diagramme représentant les forces agissant sur le véhicule.
Les forces à considérer sont :
- Force exercée par le ressort (F_spring), de 20 N, dirigée vers l’avant.
- Force de friction (F_friction), de 3 N, dirigée vers l’arrière.
- Poids du véhicule (P), de 10 N, qui agit verticalement vers le bas. (Ce poids est équilibré par la force normale, donc il n’influence pas le calcul de la résultante horizontale.)
2. Calcul de la résultante des forces horizontales
La résultante des forces horizontales \( F_{res\_horizontal} \) est calculée en soustrayant la force de friction de la force du ressort, car elles agissent dans des directions opposées.
\[ F_{res\_horizontal} = F_{spring} – F_{friction} \]
Substituons les valeurs données :
\[ F_{res\_horizontal} = 20\,N – 3\,N \] \[ F_{res\_horizontal} = 17\,N \]
3. Analyse du mouvement du véhicule
La force résultante horizontale de 17 N agit vers l’avant. Cela signifie que le véhicule est soumis à une force nette qui le pousse vers l’avant.
Étant donné que cette force nette est positive, le véhicule se déplacera vers l’avant sur la piste.
Conclusion:
La force nette de 17 N vers l’avant est suffisante pour vaincre la force de friction et permettre au véhicule de se déplacer vers l’avant.
Sarah et Tom peuvent s’attendre à ce que leur véhicule avance sur la piste, assumant que d’autres facteurs tels que l’alignement du véhicule et les conditions de la piste ne jouent pas un rôle négatif.
Ce calcul montre l’importance de maximiser la force du ressort tout en minimisant la friction pour optimiser la distance parcourue par le véhicule.
Calcul de la Résultante des Forces
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