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Equilibre D Un Solide Sur Un Plan Incliné
Description: Un colis, posé sur un plan incliné, est retenu par la rugosité du support (frottements). Les 3 forces agissant sur le mobile: le poids, la réaction du support qui peut se décomposer en 2 (force de frottement et réaction normale du support). Définitions: Réaction du support: Force exercée par un solide (sol, mur... ) sur un objet en contact avec lui, perpendiculaire (normale) au plan du solide au niveau du point de contact. Frottement: Force exercée par un solide rugueux (sol, mur... ), un liquide ou un gaz sur un corps en contact avec lui, opposée au mouvement effectif ou probable.
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$\centerdot\ \ $ Le référentiel d'étude est le référentiel terrestre supposé galiléen. $\centerdot\ \ $ Les forces extérieures appliquées au système sont: $-\ \ $ Le poids $\vec{p}$; force exercée par la terre sur la caisse. $-\ \ $ La composante normale $\vec{R}$ de la réaction du plan incliné sur la caisse. $-\ \ $ La force de frottement $\vec{f}$ toujours colinéaire et opposée au sens du mouvement. $\centerdot\ \ $ Appliquons le théorème du centre d'inertie ou principe fondamental de la dynamique. On obtient alors: $$\sum \vec{F}_{\text{ext}}=m\vec{a}_{_{G}}=\vec{p}+\vec{f}+\vec{R}$$ $\centerdot\ \ $ Choisissons comme repère de projection un repère orthonormé $(O\;;\ \vec{i}\;, \ \vec{j})$ et supposons qu'à l'instant $t_{0}=0$, le centre d'inertie $G$ du solide, considéré comme un point matériel, se trouve à l'origine $O$ du repère. $\centerdot\ \ $ Projetons la relation $\ \vec{p}+\vec{f}+\vec{R}=m\vec{a}_{_{G}}$ sur les axes du repère. Les expressions des vecteurs $\vec{f}\;, \ \vec{R}\;, \ \vec{a}_{_{G}}$ et $\vec{p}$ dans la base $(\vec{i}\;, \ \vec{j})$ sont alors données par: $$\vec{f}\left\lbrace\begin{array}{rcr} f_{x}&=&-f\\f_{y}&=&0\end{array}\right.
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Etude d'un solide en équilibre sur un plan: (version professeur) Problème: Observer les différentes situations de solides (une caisse et une boule) soumis à plusieurs forces. Existe-t'il des conditions dans lesquelles les solides peuvent rester en équilibre sur un plan incliné? Indice: Pour formuler vos hypothèse, vous pouvez, en particulier: Modifier la masse du solide, Modifier et trouver l'angle qui permet de rompre l'équilibre (Point C). Remarques: 1-La position du solide est librement modifiable sur le plan incliné au point de contact. 2-La version élève ne comporte pas de bouton "Bilan" et "Stop". 3-Le bouton "Stop" permet d'arrêter le mouvement du solide, pour permettre de discuter des conditions d'équilibre.
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Donc, la vitesse $v_{_{G}}(t)$ à l'instant $t$ est donnée par: $$v_{_{G}}(t)=a_{_{G}}(t-t_{0})+v_{0}$$ Ainsi, en tenant compte des conditions initiales $(t_{0}=0\;, \ v_{0}=0)$ on obtient: $$\boxed{v_{_{G}}(t)=a_{_{G}}. t=\left(\dfrac{p\sin\alpha-f}{m}\right)t}$$
Avec frottement Le solide reste en équilibre tant que l'angle d'inclinaisons α du plan par rapport à l'horizontale est inférieur à une certaine valeur limitée α 0 pour α ≤ α 0 le solide étant en équilibre nous avons et ont le même support verticale, la force n'est plus au plan (sauf si α= 0) on dit qu'il y a frottement. Ce sont les forces de frottement exercées par le plan sur le solide qui s'opposent au glissement de celui-ci. Force non parallèle: Sont coplanaires Ont des droites d'actions concourantes. Condition d'équilibre: lorsqu'un solide soumis à trois forces, et est en équilibre si: La somme vectorielle des trois forces est nulle Les rapports des trois forces sont concourantes Remarque: La première condition est nécessaire à l'immobilité du centre d'inertie G; La seconde condition est nécessaire à l'absence de rotation si l'un des conditions n'est pas en équilibre. Ces conditions sont nécessaires mais non suffisant. En effet lorsqu'elles sont réalisées, un solide peut avoir son centre d'inertie G animé d'un mouvement rectiligne uniforme.
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