Calcul de l’angle de frottement

Calcul de l’angle de frottement

Comprendre le Calcul de l’angle de frottement

Dans le cadre d’un projet de sciences physiques, les élèves de première sont invités à analyser les forces de frottement qui s’exercent lorsqu’un objet glisse sur un plan incliné.

L’objectif est de déterminer l’angle de frottement, c’est-à-dire l’angle auquel un objet commence à glisser sur un plan incliné en raison de la force de frottement entre l’objet et la surface.

Pour comprendre le Calcul de la Force Gravitationnelle sur Mars, cliquez sur le lien.

Données fournies:

  • Masse de l’objet : \(m = 5\, \text{kg}\)
  • Coefficient de frottement statique entre l’objet et la surface : \(\mu_s = 0.4\)
  • Accélération due à la gravité : \(g = 9.81\, \text{m/s}^2\)
Calcul de l’angle de frottement

Questions:

1. Calculer la force normale \(N\) exercée sur l’objet.

2. Déterminer la force de frottement maximale \(F_{\text{frottement}}\) qui peut agir sur l’objet avant qu’il ne commence à glisser.

3. Calculer l’angle de frottement \(\theta\) pour lequel l’objet commencera à glisser. L’angle de frottement est celui où la force tangentielle due au poids de l’objet devient égale à la force de frottement.

Correction : Calcul de l’angle de frottement

1. Calcul de la force normale \( N \)

Lorsque l’objet est sur un plan horizontal (\( \theta = 0^\circ \)), la force normale \( N \) est simplement le poids de l’objet agissant perpendiculairement au plan, car \( \cos(0^\circ) = 1 \).

\[ N = m \cdot g \cdot \cos(0^\circ) \] \[ N = 5\,\text{kg} \cdot 9.81\,\text{m/s}^2 \cdot 1 \] \[ N = 49.05\,\text{N} \]

La force normale est de 49.05 Newtons.

2. Calcul de la force de frottement maximale \( F_{\text{frottement}} \)

La force de frottement maximale que l’objet peut supporter sans glisser est calculée par la formule:

\[ F_{\text{frottement}} = \mu_s \cdot N \] \[ F_{\text{frottement}} = 0.4 \cdot 49.05\,\text{N} \] \[ F_{\text{frottement}} = 19.62\,\text{N} \]

La force de frottement maximale est de 19.62 Newtons.

3. Calcul de l’angle de frottement \( \theta \)

Pour trouver l’angle \( \theta \) où l’objet commence à glisser, nous égalisons la force tangentielle due au poids de l’objet à la force de frottement maximale:

\[ m \cdot g \cdot \sin(\theta) = F_{\text{frottement}} \] \[ 5\,\text{kg} \cdot 9.81\,\text{m/s}^2 \cdot \sin(\theta) = 19.62\,\text{N} \] \[ 49.05\,\text{N} \cdot \sin(\theta) = 19.62\,\text{N} \] \[ \sin(\theta) = \frac{19.62}{49.05} \] \[ \sin(\theta) = 0.4 \]

En utilisant l’inverse de la fonction sinus pour trouver \( \theta \):

\[ \theta = \sin^{-1}(0.4) \] \[ \theta \approx 23.58^\circ \]

L’angle de frottement est d’environ 23.58 degrés. Cela signifie que lorsque le plan est incliné à un angle de 23.58 degrés, l’objet commencera à glisser en raison du frottement insuffisant pour le maintenir en place contre la composante de la gravité parallèle au plan.

Conclusion :

L’angle de frottement pour cet objet sur ce plan spécifique avec un coefficient de frottement de 0.4 est d’environ 23.58 degrés.

Pour un plan horizontal (\( \theta = 0^\circ \)), l’objet reste en place car la force de frottement maximale de 19.62 Newtons est suffisante pour contrer la composante tangentielle du poids de l’objet qui est nulle à cet angle.

Calcul de l’angle de frottement

D’autres exercices de physique premiere:

0 commentaires

Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Principes de Newton dans l’Espace

Principes de Newton dans l'Espace Comprendre les Principes de Newton dans l'Espace Un petit satellite de communication est en orbite circulaire autour de la Terre. Pour simplifier les calculs, nous supposerons que l'orbite du satellite est parfaitement circulaire et...

Analyse du Mouvement d’un Camion

Analyse du Mouvement d'un Camion Comprendre l'Analyse du Mouvement d'un Camion Un camion transporte une charge de la ville A à la ville B sur une route droite. Le trajet total est de 180 kilomètres. Le camion commence son trajet à l'arrêt, accélère progressivement...

Calcul de k dans un ressort

Calcul de k dans un ressort Comprendre le Calcul de k dans un ressort Alice, une élève en classe de première, réalise une expérience pour étudier les propriétés d'un ressort. Elle attache une extrémité d'un ressort à un support fixe et suspend différentes masses à...

Calcul de la Force Exerçant sur un Solide

Calcul de la Force Exerçant sur un Solide Comprendre le Calcul de la Force Exerçant sur un Solide Un wagonnet de mine, initialement au repos, est tiré sur une voie horizontale par un câble attaché à un treuil. Le wagonnet est chargé avec du minerai et l'ensemble du...

Analyse du Mouvement du Centre d’Inertie

Analyse du Mouvement du Centre d'Inertie Comprendre l'Analyse du Mouvement du Centre d'Inertie Dans le cadre d'une étude sur la dynamique des systèmes en mouvement, une expérience est menée avec deux chariots sur une piste de glissement à air. Les chariots, qui sont...

Calcul de la Force Électrostatique

Calcul de la Force Électrostatique Comprendre le Calcul de la Force Électrostatique Dans un laboratoire de physique, deux petites sphères chargées sont placées à une distance l'une de l'autre sur un support isolant. Ces sphères peuvent être considérées comme des...

Chute d’un météorite

Chute d'un météorite Comprendre la Chute d'un météorite Un météorite tombe verticalement vers la Terre depuis un repos initial en haute altitude, sous l'influence uniquement de la gravité. Ignorons la résistance de l'air pour simplifier le calcul. Données : Masse du...

Vitesse et Freinage des Voitures Électriques

Vitesse et Freinage des Voitures Électriques Comprendre la Vitesse et Freinage des Voitures Électriques Dans le cadre d'une étude visant à promouvoir la sécurité routière et l'adoption des véhicules électriques, une entreprise spécialisée dans la fabrication de ces...

Calcul de la Force Gravitationnelle sur Mars

Calcul de la Force Gravitationnelle sur Mars Comprendre le Calcul de la Force Gravitationnelle sur Mars Vous êtes un ingénieur en mission spatiale planifiant une future colonie sur Mars. Vous devez calculer la force gravitationnelle exercée sur différents objets pour...

Énergie Potentielle et Cinétique

Énergie Potentielle et Cinétique Comprendre l'Énergie Potentielle et Cinétique Un skateboarder décide de descendre une rampe inclinée dans un skatepark. Il commence à partir du sommet de la rampe sans vitesse initiale. La rampe a une hauteur de 5 mètres et est...