Équilibre Statique sur un Plan Incliné

Équilibre Statique sur un Plan Incliné

Comprendre l’Équilibre Statique sur un Plan Incliné

Un mobile de masse \(m\) est posé sur un plan incliné qui fait un angle \(\alpha\) avec l’horizontale. Le coefficient de frottement statique entre le mobile et le plan incliné est \(\mu\).

L’objectif de cet exercice est de déterminer sous quelles conditions le mobile est en équilibre et de calculer l’angle maximum pour lequel le mobile reste immobile.

Données:

  • Masse du mobile, \(m = 5\, \text{kg}\)
  • Angle du plan incliné, \(\alpha\)
  • Coefficient de frottement statique, \(\mu = 0.3\)
    Équilibre Statique sur un Plan Incliné

    Questions:

    1. Expression des forces :

    • Déterminez les composantes de la force gravitationnelle agissant sur le mobile parallèlement et perpendiculairement au plan incliné.

    2. Condition d’équilibre :

    • Établissez l’expression de la force de frottement nécessaire pour maintenir le mobile en équilibre. Utilisez cette expression pour trouver la condition d’équilibre en fonction de \(\alpha\) et \(\mu\).

    3. Angle maximum :

    • Calculez l’angle maximum \(\alpha_{\text{max}}\) pour lequel le mobile ne glisse pas sur le plan. Assurez-vous de prendre en compte le frottement statique dans votre calcul.

    Correction : Équilibre Statique sur un Plan Incliné

    Données:

    • Masse du mobile, \(m = 5\, \text{kg}\)
    • Coefficient de frottement statique, \(\mu = 0.3\)
    • Accélération due à la gravité, \(g = 9.81\, \text{m/s}^2\)

    1. Expression des forces

    • Force gravitationnelle parallèle au plan (\(F_{\text{par}}\)):

    \[ F_{\text{par}} = mg \sin(\alpha) \]

    Substituons les valeurs :

    \[ F_{\text{par}} = 5 \times 9.81 \times \sin(\alpha) \] \[ F_{\text{par}} = 49.05 \sin(\alpha)\, \text{N} \]

    • Force gravitationnelle perpendiculaire au plan (\(F_{\text{perp}}\)):

    \[ F_{\text{perp}} = mg \cos(\alpha) \]

    Substituons les valeurs :

    \[ F_{\text{perp}} = 5 \times 9.81 \times \cos(\alpha) \] \[ F_{\text{perp}} = 49.05 \cos(\alpha)\, \text{N} \]

    2. Condition d’équilibre

    • Force de frottement nécessaire pour maintenir l’équilibre (\(F_{\text{friction}}\)):

    \[ F_{\text{friction}} = \mu F_{\text{perp}} \]

    Substituons les valeurs :

    \[ F_{\text{friction}} = 0.3 \times 49.05 \cos(\alpha) \] \[ F_{\text{friction}} = 14.715 \cos(\alpha)\, \text{N} \]

    • Condition pour l’équilibre :

    \[ \mu mg \cos(\alpha) \geq mg \sin(\alpha) \] \[ 14.715 \cos(\alpha) \geq 49.05 \sin(\alpha) \] \[ 0.3 \cos(\alpha) \geq \sin(\alpha) \] \[ \tan(\alpha) \leq \mu = 0.3 \]

    3. Angle maximum (\(\alpha_{\text{max}}\))

    • Calcul de \(\alpha_{\text{max}}\) :

    \[ \alpha_{\text{max}} = \arctan(\mu) \] \[ \alpha_{\text{max}} = \arctan(0.3) \approx 16.7^\circ \]

    Conclusion

    Le mobile reste en équilibre sur le plan incliné tant que l’angle \(\alpha\) est inférieur ou égal à \(16.7^\circ\).

    Si l’angle dépasse cette valeur, la force de frottement ne sera plus suffisante pour contrebalancer la force gravitationnelle parallèle, entraînant le glissement du mobile.

    Équilibre Statique sur un Plan Incliné

    D’autres exercices de physique terminale:

    0 commentaires

    Soumettre un commentaire

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

    Calcul de la pseudo-période T du pendule

    Calcul de la pseudo-période T du pendule Comprendre le Calcul de la pseudo-période T du pendule Un groupe de lycéens mène une expérience pour observer les effets de la résistance de l'air sur la période d'oscillation d'un pendule simple. L'objectif est de calculer la...

    Période d’un pendule pesant

    Période d'un pendule pesant Comprendre la Période d'un pendule pesant Dans un musée, une grande horloge à pendule est exposée. Le pendule consiste en une tige rigide, sans masse, fixée à un point fixe et à une masse ponctuelle à son extrémité. Pour maintenir...

    Analyse des Oscillations Amorties d’un Système

    Analyse des Oscillations Amorties d'un Système Comprendre l'Analyse des Oscillations Amorties d'un Système Un pendule constitué d'une masse suspendue au bout d'un ressort vertical effectue des oscillations verticales sous l'effet de la gravité et de la résistance de...

    Analyse de l’Amortissement dans les Circuits

    Analyse de l'Amortissement dans les Circuits Comprendre l'Analyse de l'Amortissement dans les Circuits Dans cet exercice, nous allons analyser le comportement asymptotique d'un circuit RLC série, qui est un circuit électrique composé d'une résistance (R), d'une bobine...

    Constante de Désintégration d’Isotope X

    Constante de Désintégration d'Isotope X Comprendre la Constante de Désintégration d'Isotope X Dans une étude sur la radioactivité, un laboratoire a isolé un échantillon contenant l'isotope radioactif X. L'objectif est de déterminer la constante de désintégration...

    Calcul du Noyau du Fer

    Calcul du Noyau du Fer Comprendre le Calcul du Noyau du Fer Le fer est un élément essentiel dans divers domaines, de l'industrie à la biologie. Comprendre la composition de son noyau peut être crucial pour des applications en physique nucléaire et astrophysique....

    Étude du Cycle Thermonucléaire de Bethe

    Étude du Cycle Thermonucléaire de Bethe Comprendre l'Étude du Cycle Thermonucléaire de Bethe Dans les étoiles de la séquence principale comme le Soleil, l'énergie est produite principalement par des réactions de fusion nucléaire. Le cycle thermonucléaire de Bethe,...

    Électron dans un Champ Électromagnétique

    Électron dans un Champ Électromagnétique Comprendre le Mouvement d'un Électron dans un Champ Électromagnétique Un électron (charge \(e = -1,6 \times 10^{-19}\) C, masse \(m = 9,1 \times 10^{-31}\) kg) entre avec une vitesse initiale \(v_0 = 2,0 \times 10^6\) m/s dans...

    Calcul de la perte de masse du Soleil

    Calcul de la perte de masse du Soleil Comprendre le Calcul de la perte de masse du Soleil Le Soleil, une étoile de type spectral G2V, est la source principale de lumière et d'énergie de notre système solaire. Au cours de sa réaction de fusion nucléaire, le Soleil...

    Étude du Rayonnement Radioactif du Césium-137

    Étude du Rayonnement Radioactif du Césium-137 Comprendre l'Étude du Rayonnement Radioactif du Césium-137 Le césium-137 est un isotope radioactif formé par fission nucléaire dans les réacteurs nucléaires. Il possède une demi-vie de 30 ans et est très utilisé dans les...