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Antilles Guyane 2009 EXERCICE II. UN TOBOGGAN DE PLAGE

Publié le 06/02/2014

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Antilles Guyane 2009 EXERCICE II. UN TOBOGGAN DE PLAGE ( 5,5 points) Correction 1. Mouvement de l'enfant entre D et O 1.1. L'origine de l'énergie potentielle de pesanteur est prise au point O : EPPO = 0 J pour y0 = 0 m. Au point D de hauteur yD = h par rapport au point O, l'énergie potentielle de pesanteur est alors : EPPD = m.g.h 1.2. Energie mécanique au point D : EMD = ECD + EPPD = ½.m.v²D + m.g.h Or l'enfant part en D sans vitesse initiale (énoncé) donc vD = 0 m.s-1 et ECD = 0 J d'où : EMD = m.g.h 1.3. Energie mécanique au point O : EMO = ECO + EPPO = ½.m.v02 + m.g.y0 Comme y0 = 0 m il vient : EMO = ½.m.v02 1.4. Au cours du mouvement les frottements et les actions de l'air sont négligés (énoncé) donc l'énergie mécanique se conserve, ainsi : EMD = EMO ? m.g.h = ½.m.v02 ? v02 = 2.g.h en ne conservant que la ...

« 2.4.

Sachant que : dv a dt= r r on a : a r (t)x x y y dv a (t) 0 dt dv a (t) g dt ì = = ïïí ï = - = ïî par intégration vr (t) x 1 y 2 v (t ) Cte v (t ) g.t Cte = ì ï í = - + ï î or 0vr x 1 0 y 2 0 v (0) Cte v .

cos v (0) Cte v .

sin = = a ì ï í = = a ï î donc vr (t) x 0 y 0 v (t ) v .

cos v (t ) g.t v .

sin = a ì ï í = - + a ï î 2.5.

Sachant que : dOG v dt= uuur r on a : vr (t) x 0 y 0 dx v (t ) v .

cos dt dy v (t ) g.t v .

sin dtì = a = ï ï í ï = - + a = ï î par intégration : OG uuur (t) ' 0 1 2 ' 0 2 x(t) v .

cos .t Cte 1 y(t) .g.t v .

sin .t Cte 2ì = a + ï í = - + a + ï î or OG uuur (0) '1'2 x(0) Cte 0 y(0) Cte 0 ì = = í = = î donc OG uuur (t) 0 2 0 x(t) v .

cos .t 1 y(t) .g.t v .

sin .t 2= a ì ï í = - + a ï î 2.6.

On isole le temps t dans x(t) = v 0 .cos a .t et on reporte t dans y(t) pour avoir l’équation de la trajectoire y(x) : t = 0 x v .

cos a Þ y(x) = 2 0 0 0 1 x x .g.

v .sin . 2 v .cos v .cos æ ö - + a ç ÷ a a è ø y(x)= 2 2 20 1 x .g.

x.tan 2 v .cos- + a a 2.7.

Il faut résoudre l’équation : y(x P ) = – H car pour x = x P , y = – H : donc : 2P P 2 20 x 1 .g.

x .tan 2 v .cos- + a a = – H Calculons les termes devant x P ² et x P : 2 2 2 20 1 g 1 10.2 v .cos 2 5,0 cos (30)- = - ´ a ´ = – 0,27 m -1 tan a = tan(30) = 0,58 Il faut résoudre l’équation, avec H = 0,50 m : – 0,27.x² P + 0,58.x P = – 0,50 Soit l’équation du second degré : – 0,27.x² P + 0,58.x P + 0,50 = 0 D = (0,58)² – 4 ´ (–0,27) ´ 0,50 = 0,88 et 0, 88D = = 0,94 les solutions pour x P sont : ( ) ( ) - + = ´ - P0,58 0,94 x 2 0, 27 = –0,54 m et ( ) ( ) - - = ´ - P 0, 58 0, 94 x 2 0, 27 = 2,8 m Or x P est positif , x P = 2,8 m Calculs effectués avec les valeurs non arrondies de tan(30) et de 2 20 1 g . 2 v .cos- a. »

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