Utilisez les options A à J pour décrire la force nette qui agit sur la balle dans chacun des cas ci-dessous.
Cas
1 : Lorsque la balle monte la rampe, un instant après le coup
2 : Lorsque la balle est instantanément au sommet
3 : Lorsque la balle descend la rampe
Choix de réponses:
A La force nette est constante et vers le pied de la rampe.
B La force nette augmente et elle est dirigée vers le pied de la rampe.
C La force nette diminue et elle est dirigée vers le pied de la rampe.
D La force nette est nulle.
E La force nette est constante et vers le sommet de la rampe.
F La force nette augmente et elle est dirigée vers le sommet de la rampe.
G La force nette diminue et elle est dirigée vers le sommet de la rampe.
J Aucun des choix A à G n’est correct
_____________________________________________________________ Cette question est tirée d'un test conceptuel développé par Jesús Vázquez.
A) une fois l'impulsion initiale terminée, la seule force qui agit sur le système est la gravité. En général on va décomposer cette force en 2 composantes, l'une parallèle à la rampe et l'autre perpendiculaire. La partie perpendiculaire fait la friction, mais dans ce problème on spécifie qu'elle est négligeable. La force perpendiculaire est annulée par la rigidité de la rampe, de la même façon que le plancher sous nos pieds. Il ne reste donc que la partie parallèle au plan, vers le bas.
RépondreSupprimerJuste pour préciser: il faut une réponse pour chaque "cas" (quand la balle monte, quand elle est instantanément en haut de la rampe, et quand elle redescend). Mais je comprends que François voulait dire a) pour les 3 cas.
RépondreSupprimerAu dire de 80%+ de mes étudiants (diplômés de Cégep en sciences), François est en erreur. Mais il rejoint dans son « tort » Newton, Feynman et des milliers (quoi, de millions : on pollue le monde!) de physiciens qui pensent, comme François, que la seule force est la gravité et qu’elle est constante dans tout le parcours de la balle. J’essayerai de faire rentrer cela dans 31 têtes demain (en espérant que celle que l’a eue ne change d’idée). Un seul point : la « portion » perpendiculaire doit en effet être annulée par une « réaction » de la rampe; autrement la balle volerait dans les airs ou s’enfoncerait dans la rampe. Mais elle ne fait pas la friction! On trouve effectivement que le « rappel » de la rampe et la friction sont deux forces de magnitude égale. Mais... qui diantre « fait » la friction? Voyons, les chimistes, on vous écoute. Newton, qui n’était pas chimiste, mais alchimiste, a formulé sa soi-disant « 3e loi » sans aborder la cause du rappel et pourquoi il dépend de la force appliquée (pensez sinon à pousser un mur en exerçant des forces différentes : dans tous les cas, sauf si vous le transpercez, le mur répond en fonction de la force que vous appliquez). Le rappel et la friction ont une même origine – mais ils ne sont pas la même chose ni l’une crée l’autre. Comme disait le prof d’économie dans Ferris Bueller : Anyone? Class? Anyone? Anyone?
RépondreSupprimerPuis, pour éclaircissement : cette question est effectivement dans le test que je fais passer, mais je l’ai volée, pardon, adaptée d’un test américain très connu.
@Jesus
RépondreSupprimerJ'essai de comprendre ton commentaire... ce n'est pas très clair. Donc tu dis qu'en plus de la gravité, il y a... quoi? la force de rappel? Ok. Je l'ai mentionnée. Tu mentionnes que friction et rappel c'est différent, mais tu n'expliques ni l'un ni l'autre. Pourrais-tu préciser? Si ma mémoire est bonne, on calculait la force de friction comme un vecteur contraire au mouvement donc la magnitude = k * (force normale), où k est une constante qui dépend des matériaux en question. K est nul dans notre problème. Pourrais-tu détailler ce que tu veux rajouter dans l'explication?
@François
RépondreSupprimerMes excuses, je n’ai trouvé quelques minutes pour répondre que maintenant. Pour commencer : en effet, après le coup initial, il n’y a que la gravité. L’objet (balle) exerce une force sur la surface de la pente; mais il ne s’y enfonce pas ni non plus ne vole dans les airs. Alors, il faut accepter que la force (« poids ») de la balle sur la pente est compensée par une force de la pente sur la balle (« rappel »). Mais la balle ralentit à mesure qu’elle monte : ralentir veut dire une perte de vitesse, qui veut dire une accélération (« négative » ou décélération), qui veut dire une force (contraire au sens du mouvement). Il faut donc accepter que le « poids » et le « rappel » ne sont pas égaux puisque cela ne produirait aucune force « résultante » dans la direction du mouvement. C’est là qui rentre le génie de Galilée : faire une abstraction, et celui de Newton : décomposer le mouvement. À noter, ce sont des abstractions, mais qui nous permettent de comprendre. On « propose » un axe perpendiculaire à la direction du mouvement parce que, en effet, dans cette direction il n’y a pas de mouvement (« la balle n’est ni dans les airs, ni enfoncée »). Le « rappel » de la pente est donc dans cette direction perpendiculaire au mouvement et égal à une « composante » du poids dans la même direction, mais de sens contraire. Donc, la seule force restante doit être la « composante » du poids dans la direction du mouvement (et en sens opposé à la montée de la pente). Et elle est due, effectivement, à la gravité.
Concernant la friction : oui, elle dépend des matériaux; et oui, elle dépend de la force de rappel. Mais ceci est un résultat expérimental que la quantifie, mais ne la définit pas. Dans le cas présent, il n’y a pas de friction (il faut donc accepter que la balle glisse, et ne roule pas; sinon, il faudrait aborder la question d’une force exercée par la balle sur la rampe dans une direction qui n’est pas ni celle du mouvement ni perpendiculaire à celle-ci. Mais c’est une digression...). Il n’y a pas de friction, mais il y a toutefois une force de rappel, la soi-disant « normale ». J’utilise ce fait pour insister auprès des étudiants en ce que, malgré la formula facile à s’en rappeler les reliant, elles ne sont pas la même chose. Le « rappel » est la fameuse force « opposée » dont parle la soi-disant 3e loi de Newton. Elle doit venir d’une espèce de « réponse » du matériel, disons du « ressort » que forment les forces intermoléculaires; et c’est pour cela que j’appelle les chimistes au secours. Pourquoi sinon cette force opposée serait toujours égale à la force que j’exerce? Je peux pousser un mur avec une force de 1N, 10N, 100N, (bon, il ne faut pas le défoncer non plus) et le mur répondra avec la même force : sinon, je l’enfoncerais ou bien son « rappel » me ferait reculer.
Si nous admettons que ce rappel provient des forces intermoléculaires qui, comme un ressort, répondent à une déformation, alors on peut voir comment (i) elles sont responsables de la force normale (ii) elles sont responsables de la friction et (iii) ces deux forces sont reliées (et proportionnelles).
Time to go!