Travaillez le mouvement, les forces, l’énergie et la quantité de mouvement de 203-SN1-RE à Dawson avec un tuteur en ligne. Partez d’une question ou d’une notion que vous voulez comprendre. Votre tuteur peut vous aider à représenter la situation, à identifier les forces et à choisir la loi physique à utiliser. Si vous avez un schéma ou un calcul, vous pouvez le revoir ensemble.
Choisissez seulement les notions annoncées pour votre évaluation. Le descriptif du cours confirme la matière, mais pas la date ni les chapitres de l’examen de votre section.
Faire débloquer une étape.Demander du tutorat pour 203-SN1-RE Indiquez le chapitre, la date de l’évaluation et la question; une tentative est utile, mais non obligatoire. Les séances sont actuellement en anglais.
Source officielle sur le cours Votre plan de section et les annonces de votre enseignant priment. Ces parcours et exercices sont ceux de Nablio, pas des examens officiels.
Approfondir une étape du raisonnement
Choisissez un atelier lorsque cette notion figure dans la matière annoncée par votre enseignant. Ces exercices originaux ne reproduisent pas un examen et ne couvrent pas tout le cours.
Lorsque l’équilibre des corps rigides figure dans votre matière, travaillez le diagramme des forces, les moments et la limite de frottement dans un même modèle. Ce complément ne constitue pas une révision complète du cours ni une prédiction de l’examen.
Atelier sur les projectiles : un temps commun, deux composantes
Ces exercices originaux développent la mécanique à deux dimensions. Utilisez-les si le mouvement des projectiles figure à votre plan de cours. Ils ne prédisent ni les questions ni la matière de l’examen de votre groupe. Conservez l’exemple existant de collision suivie d’une compression de ressort pour réviser séparément les lois de conservation.
Modélisez chaque projectile par une particule près de la surface terrestre. Négligez la résistance de l’air, prenez g=9,8m/s2 constant et étudiez seulement le mouvement entre le lancement et le premier contact précisé. Fixez t=0 au lancement, l’axe x positif vers la droite et l’axe y positif vers le haut. Les distances sont en mètres et les temps en secondes. Mesurez les hauteurs de lancement et d’arrivée dans le même repère.
Pour une vitesse initiale de norme v0, faisant un angle θ au-dessus de l’horizontale positive, v0x=v0cosθ et v0y=v0sinθ. La composante horizontale de la vitesse reste constante; la composante verticale varie. Les deux composantes utilisent le même temps écoulé. Au sommet de la trajectoire, seule vy est nulle; le projectile n’est pas nécessairement au repos.
La composante verticale est tracée à l’extrémité de la composante horizontale pour former un triangle vectoriel. Elle ne représente pas une deuxième étape du vol.
Exemple résolu 1 : lancement horizontal depuis un rebord
Une balle quitte horizontalement un rebord à 12m/s, à 19,6m au-dessus d’un sol horizontal. Trouvez la durée du vol, le déplacement horizontal et la vitesse juste avant l’impact. Prévoyez d’abord le signe de la composante verticale à l’impact.
Voir la solution du lancement horizontal
Prenez x0=0, y0=19,6, v0x=12, v0y=0 et y=0 au sol. Le mouvement vertical détermine l’instant d’arrivée :
0=19,6−4,9t2⟹t=±2s.
Retenez t=2s. La racine négative précède le lancement et sort de l’intervalle étudié. Horizontalement, Δx=12(2)=24m.
vimpact=(12i^−19,6j^)m/s.
La norme de la vitesse vaut 122+19,62≈22,98m/s. Sa direction est à arctan(19,6/12)≈58,52∘ sous l’horizontale positive. Précisez la direction de référence, pas seulement un angle sans signe. La composante verticale est négative, comme prévu.
Vérification indépendante : v2=v02+2g(19,6). Cette relation confirme la norme, mais ne détermine pas à elle seule la direction. Un lancement horizontal a une composante verticale initiale nulle, et non une accélération verticale nulle.
Exemple résolu 2 : lancement vers le haut, arrivée plus bas
Un projectile part de y0=24,5m, avec v0x=14,7m/s et v0y=19,6m/s. Le sol est à y=0, sans obstacle avant l’impact. Ces composantes correspondent à une vitesse de norme 24,5m/s et à un angle de lancement arctan(4/3). Trouvez la durée du vol, le déplacement horizontal et la direction à l’impact.
Voir la solution avec deux hauteurs différentes0=24,5+19,6t−4,9t2⟹t2−4t−5=(t−5)(t+1)=0.
Les racines sont 5s et −1s. Seule 5s appartient au vol après le lancement. Ainsi, Δx=14,7(5)=73,5m.
vx=14,7,vy=19,6−9,8(5)=−29,4(m/s).
La norme à l’impact est 14,72+29,42≈32,87m/s, et sa direction est à arctan(29,4/14,7)≈63,43∘ sous l’horizontale positive.
Le sommet est atteint à t=19,6/9,8=2s, à une hauteur de 44,1m. Le projectile retrouve la hauteur de lancement à 4s, puis poursuit sa chute jusqu’au sol à 5s. La formule 2v0y/g ne donne donc pas la durée totale ici. La formule de portée pour des hauteurs égales ne convient pas non plus. La vérification énergétique donne v2=24,52+2(9,8)(24,5)=1080,45m2/s2.
Quatre problèmes de transfert progressifs
Utilisez le même modèle idéal et g=9,8m/s2. Écrivez l’équation de la hauteur visée avant de calculer. Conservez les racines jusqu’à ce que vous ayez vérifié l’événement qu’elles décrivent.
1. Distinguer vitesse de lancement et durée de chute
Une balle quitte horizontalement un rebord de 4,9m de haut à 6m/s, puis atteint le sol horizontal. Trouvez la durée du vol et le déplacement horizontal. Si la vitesse de lancement double, quelle réponse change?
Indice pour le problème 1
La vitesse horizontale n’intervient pas dans l’équation verticale de l’arrivée au sol.
Solution du problème 1
0=4,9−4,9t2 donne le temps physique t=1s, puis Δx=6m. Doubler la vitesse horizontale laisse la durée à 1s et double le déplacement à 12m. Cette conclusion suppose une résistance de l’air négligeable et une hauteur de lancement inchangée.
2. Deux racines positives ne signifient pas deux atterrissages
Un projectile part de (0,0), avec v0x=10m/s et v0y=14,7m/s. Une plateforme horizontale mince, à la hauteur 9,8m, commence à x=15m et s’étend vers la droite. Il n’y a aucun obstacle pour x<15m. À quel instant et à quelle position a lieu le premier contact avec la plateforme?
Indice pour le problème 2
Trouvez les deux instants de passage à la hauteur de la plateforme, puis vérifiez la position horizontale et la vitesse verticale à chaque instant.
Solution du problème 2
9,8=14,7t−4,9t2 donne (t−1)(t−2)=0. À t=1s, le projectile est à x=10m et monte avec vy=4,9m/s, là où il n’y a pas de plateforme. À t=2s, il est à x=20m et descend avec vy=−4,9m/s. Le premier contact a donc lieu à (20;9,8)m, à 2s. Au bord initial de la plateforme, t=1,5s et y=11,025m>9,8m : le projectile passe au-dessus. Les deux racines décrivent des passages physiques à la même hauteur; la géométrie permet d’identifier l’atterrissage.
3. Justifier le rejet d’une racine
Un projectile part de la hauteur 9,8m, avec v0x=8m/s et v0y=4,9m/s. Trouvez l’instant d’impact au sol et le déplacement horizontal. Expliquez pourquoi une racine algébrique est exclue.
Indice pour le problème 3
Divisez l’équation d’arrivée au sol par 4,9. La coordonnée y=0 ne correspond pas au point de lancement.
Solution du problème 3
0=9,8+4,9t−4,9t2 donne (t−2)(t+1)=0. La racine −1s précède le lancement fixé à t=0; retenez t=2s. Ainsi, Δx=16m. Vérification : vy=4,9−9,8(2)=−14,7m/s, ce qui correspond à un impact en descendant.
4. Reconstituer la vitesse à l’impact
Un projectile parcourt 30m vers la droite et arrive 9,8m plus bas que son point de lancement après 2s. Trouvez les composantes initiales de sa vitesse, puis la norme et la direction de sa vitesse juste avant l’impact.
Indice pour le problème 4
Retrouvez les composantes initiales à partir des équations du déplacement. Le déplacement vertical divisé par la durée donne une vitesse moyenne, et non la vitesse à l’impact.
Solution du problème 4
v0x=30/2=15m/s. Verticalement, −9,8=2v0y−4,9(2)2, donc v0y=4,9m/s. À l’impact, vx=15 et vy=4,9−9,8(2)=−14,7, en m/s. La norme vaut 152+14,72≈21,00m/s, à arctan(14,7/15)≈44,42∘ sous l’horizontale positive. La vitesse verticale moyenne est −4,9m/s; l’utiliser comme composante finale serait une erreur.
Choisir la prochaine tentative à partir de la première erreur
Composante ou signe incorrect : retracez le triangle initial et les axes avant de reprendre le problème 1.
Mauvaise racine : pour chaque solution du problème 2, notez le temps, la position horizontale et le sens du mouvement vertical.
Formule de durée inadaptée : comparez les hauteurs de départ et d’arrivée de l’exemple 2.
Angle d’impact incorrect : tracez le vecteur vitesse final, puis précisez la direction de référence comme au problème 4.
Pour le tutorat, apportez votre plan de cours, la date de l’examen, votre schéma des composantes et votre première équation de hauteur. Demandez de l’aide sur la première décision que vous ne pouvez pas expliquer, puis résolvez un nouveau problème sans consulter la solution. Le tutorat est offert en anglais; les ressources en français et en anglais n’impliquent pas un service de tutorat en français.
Notions à travailler pour 203-SN1-RE
CinématiqueLois de NewtonTravail et énergieQuantité de mouvementRotation et moments
Difficultés fréquentes
Choisir forces, quantité de mouvement ou énergie d’après l’interaction physique plutôt qu’une formule familière
Reconnaître que la conservation de la quantité de mouvement pendant un choc n’implique pas celle de l’énergie cinétique
Mécanique : choisir les forces ou la quantité de mouvement
Trouvez l’accélération d’un bloc qui glisse, puis analysez un choc où deux chariots restent attachés. Choisissez le principe physique avant de remplacer les symboles par leurs valeurs.
Avant de commencer : Prévoyez 20 à 25 minutes pour essayer les deux questions, puis 15 minutes pour vérifier et reprendre les étapes manquées.
1. Force résultante sur un bloc qui glisse
Un bloc de 4,0kg glisse déjà vers la droite sur une surface horizontale. Une traction horizontale de 18N agit vers la droite. Le coefficient de frottement cinétique vaut μk=0,20. Prenez g=9,8m/s2. Trouvez l’accélération.
Voir la solution expliquée
Verticalement, N=mg=39,2N. Le frottement cinétique agit vers la gauche, car le bloc glisse vers la droite.
fk=μkN=7,84N.
En prenant la droite positive, ma=18−7,84, donc a=2,54m/s2 vers la droite. La traction n’est pas à elle seule la force résultante.
Un chariot de 0,60kg avançant à droite à 3,0m/s heurte un chariot immobile de 0,90kg et y reste accroché. Négligez l’impulsion horizontale extérieure pendant le choc. Trouvez la vitesse commune et la perte d’énergie cinétique.
Voir la solution expliquée
Pour le système des deux chariots, la quantité de mouvement horizontale est conservée : (0,60)(3,0)=(1,50)vf.
Ainsi, vf=1,20m/s vers la droite. Avec K=21mv2, Ki=21(0,60)(3,0)2=2,70J,Kf=21(1,50)(1,20)2=1,08J.
La perte vaut 1,62J. La conservation de la quantité de mouvement n’entraîne pas celle de l’énergie cinétique dans ce choc.
Construire votre révision à partir de vos réponses
Pour une erreur de forces
Dessinez seulement les forces exercées sur le corps choisi, fixez les axes et écrivez la résultante avant les nombres.
Pour une erreur de collision
Nommez le système et l’intervalle du choc. Énoncez l’hypothèse sur l’impulsion extérieure avant de conserver la quantité de mouvement.
Vous pouvez demander de l’aide pour l’une des questions ci-dessus, même si vous ne savez pas comment commencer. Votre tuteur peut vous aider à dessiner les forces, à choisir un système et à expliquer quand utiliser les lois de Newton ou la conservation de la quantité de mouvement.
Révisez composantes vectorielles, trigonométrie, manipulation d’équations et unités SI. Lisez les graphiques de position, de vitesse et d’accélération en distinguant hauteur, pente et aire. Avant de résoudre un problème de mécanique, identifiez le système et l’intervalle de temps; une loi de conservation peut s’appliquer à une étape et pas à une autre.
Conditions d’inscription
Les conseils ci-dessus concernent la préparation aux études, pas l’admissibilité. Vérifiez les préalables, restrictions et disponibilités actuels auprès de votre établissement : Dawson College.
Sur une piste horizontale sans frottement, un chariot de masse m1=1kg, initialement animé d’une vitesse u1=6m/s, heurte et reste attaché à un chariot immobile de masse m2=2kg, dont la vitesse initiale est u2=0. Après le bref choc, l’ensemble atteint un ressort idéal initialement non comprimé, de raideur k=300N/m, fixé à un mur à son autre extrémité. Trouvez la vitesse commune juste après le choc, la compression maximale du ressort et l’énergie cinétique perdue pendant le choc. Négligez l’impulsion horizontale extérieure pendant la collision.
Lisez les étapes dans l’ordre chronologique. Le choc a lieu avant le contact avec le ressort. Ici, v est la vitesse commune juste après le choc. Le repère en tirets indique l’extrémité libre du ressort non comprimé; x mesure la compression du ressort, pas le déplacement des chariots depuis le choc. Les flèches au-dessus des chariots représentent des vitesses, pas des forces; leur longueur n’est pas à l’échelle.
Voir le raisonnement
1. Traiter d’abord la collision. Choisissons le sens du mouvement initial comme positif et notons v la vitesse commune juste après le choc. Pour le système des deux chariots, une impulsion horizontale extérieure négligeable assure la conservation de la quantité de mouvement : m1u1+m2u2=(m1+m2)v. En remplaçant, (1)(6)+(2)(0)=3v, donc v=2m/s.
2. Déterminer la perte d’énergie au choc. Notons Ki et Kf les énergies cinétiques totales juste avant et juste après la collision. Alors Ki=21m1u12+21m2u22=18J, tandis que Kf=21(m1+m2)v2=21(3)(22)=6J. L’énergie cinétique perdue est Ki−Kf=12J, transformée en énergie interne et en d’autres formes pendant l’accrochage. La conservation de la quantité de mouvement n’implique pas celle de l’énergie cinétique lors de ce choc inélastique.
3. Commencer une étape distincte de compression. Notons x≥0 la compression maximale. À cet instant, les chariots s’arrêtent momentanément : leur énergie cinétique après le choc est devenue énergie potentielle du ressort. Sans frottement et pour un ressort idéal, 21(m1+m2)v2=21kx2. Ainsi, x2=(m1+m2)v2/k=(3)(22)/300=0,04m2, d’où x=0,20m.
4. Vérifier l’énergie disponible. Le ressort emmagasine 21(300)(0,20)2=6J, soit l’énergie après le choc. Utiliser les 18J initiaux négligerait la perte à la collision.
À vous : doubler la vitesse initiale
Gardez la même piste sans frottement, la même collision avec accrochage et le même ressort idéal, mais prenez une vitesse initiale u1=12m/s. Conservez m1=1kg, m2=2kg, u2=0 et k=300N/m. Négligez l’impulsion horizontale extérieure pendant le bref choc. Trouvez la vitesse commune juste après le choc, la compression maximale du ressort et l’énergie cinétique perdue au choc. Avant de calculer, prévoyez quelles réponses doublent et lesquelles quadruplent. Nommez la loi de conservation applicable à chaque étape, sans ouvrir la réponse.
Vérifier votre raisonnement
1. Utiliser la quantité de mouvement au choc
Notons v la vitesse commune, positive dans le sens du mouvement initial. La conservation de la quantité de mouvement donne (1)(12)+(2)(0)=3v, donc v=4m/s. La vitesse double.
2. Comparer les énergies cinétiques
Notons Ki et Kf les énergies cinétiques juste avant et juste après le choc. Elles valent Ki=21(1)(12)2=72J et Kf=21(3)(4)2=24J. La perte au choc est Ki−Kf=48J, soit quatre fois la perte initiale. Les deux énergies cinétiques quadruplent aussi.
3. Commencer une nouvelle étape énergétique
Seuls les 24J après le choc sont disponibles pour comprimer le ressort. En notant x≥0 la compression maximale, 21(300)x2=24 donne x=0,40m, le double de la compression initiale. Vérification : l’énergie du ressort vaut 150(0,40)2=24J. Utiliser 72 J à cette étape ferait intervenir une énergie déjà perdue au choc. L’absence de frottement sur la piste ne rend pas élastique la collision avec accrochage.
Pour les problèmes de moment cinétique de votre chapitre actuel, nommez le système et l’axe de rotation avant de vérifier l’impulsion angulaire extérieure. Étudiez un choc avec collage, puis vérifiez séparément l’énergie cinétique.
Comment le tutorat aide
Votre tuteur peut vous aider à tracer un diagramme de forces ou à vérifier s’il manque des forces dans un schéma déjà commencé. Ensemble, vous pouvez choisir entre les lois de Newton, l’énergie et la quantité de mouvement pour chaque étape du problème. En rotation, votre tuteur peut expliquer comment l’axe choisi détermine les bras de levier et les signes des moments, puis comparer votre équation au schéma.
Préparation aux examens de 203-SN1-RE
Choisissez, selon le plan de votre section, des exercices de cinématique, de lois de Newton, d’énergie, de quantité de mouvement et de rotation pour le prochain examen; vérifiez aussi les exigences des laboratoires. Divisez les problèmes à plusieurs étapes en intervalles de temps et précisez le principe physique applicable à chacun. Vérifiez les unités du résultat et si sa grandeur et sa direction conviennent à la situation.
Nous travaillons sur des exercices autorisés et des problèmes comparables, sans réaliser de travaux évalués ni d’examens à votre place.
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