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Bilan des forces – plans inclinés, ascenseurs et poulies

PhysiqueForces et dynamique15–16 ansLaboratoire virtuel

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Six situations : un bloc sur un plan incliné avec frottement (au repos ou qui glisse vers le bas), un bloc qui remonte la pente, une masse tirée vers le haut par un fil, un bloc qui flotte, une personne sur un pèse-personne dans un ascenseur et deux blocs reliés par une poulie. Faites glisser les flèches de force (poids, réaction normale, frottement, tension, poussée d'Archimède) sur chaque corps, orientez-les puis cliquez sur Vérifier ; si le schéma est juste, la simulation calcule chaque force et l'accélération avec la deuxième loi de Newton. Dans l'ascenseur, le pèse-personne indique N = m(g + a), zéro en chute libre ; dans le référentiel de l'ascenseur, on ajoute une force d'inertie −ma.

Leçon : Bilan des forces et deuxième loi de Newton

Ce qu’elle montre

Un bilan des forces représente un seul corps avec toutes les forces qui s'exercent sur lui, tracées depuis son centre comme dans le modèle du point matériel. Chaque force vient de quelque chose qui touche ou tire le corps : la Terre (poids), une surface (réaction normale et frottement), un fil (tension) ou un fluide (poussée d'Archimède). La somme des forces donne la résultante, et la deuxième loi de Newton ΣF = ma donne l'accélération. Dans un ascenseur qui accélère, le pèse-personne indique N = m(g + a) ; dans le référentiel de l'ascenseur, une force d'inertie −ma équilibre les forces. Le modèle prend g = 9,81 m/s², un seul coefficient μ, un fil et une poulie légers.

Mode d’emploi

Choisissez une Situation. Faites glisser une force du plateau jusqu'au corps et lâchez-la du côté où elle pointe ; faites glisser la pointe ronde pour la tourner, ou ramenez-la au plateau pour la retirer. Cliquez sur Vérifier et suivez les indications. Lancer met les corps en mouvement. Dans l'ascenseur, réglez Accélération de l'ascenseur a, cliquez sur Noter l'indication et comparez les choix de Référentiel. Afficher la réponse trace les forces à l'échelle.

Paramètres modifiables

  • Situation Bloc sur un plan incliné rugueux, Bloc qui remonte un plan incliné, Masse tirée vers le haut par un fil, Bloc qui flotte, Personne sur un pèse-personne dans un ascenseur, Deux blocs reliés par une poulie
  • Masse m (bloc A sur la poulie) 0,5–10 kg
  • Masse du bloc B 0,1–10 kg
  • Inclinaison α 5–60 °
  • Coefficient de frottement μ 0–1
  • Tension du fil T 0–60 N
  • Masse volumique du bloc ρ 100–950 kg/m³
  • Masse de la personne m 20–120 kg
  • Accélération de l'ascenseur a (+ vers le haut) -9,81–5 m/s²
  • Référentiel Terrestre, Ascenseur
  • Cacher la masse de la personne
  • Afficher la réponse (forces à l'échelle)

Questions à explorer

  1. Pourquoi le frottement est-il dirigé vers le bas de la pente quand un bloc remonte en glissant ?
  2. Qu'indique un pèse-personne dans un ascenseur dont le câble a cassé, et pourquoi ?
  3. Quelle force faut-il ajouter au schéma pour décrire la personne depuis l'intérieur d'un ascenseur qui accélère ?

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