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On considère un corps solide (S) de masse m = 50 Kg peut se déplacer sur un rail ABCD, forme d'une partie AB de forme circulaire de rayon R, d'une partie rectiligne BC rectiligne horizontale et d'une partie CD inclinée d'un angle a=30° par rapport au plan horizontal. Le solide (S) part du point A sans vitesse initiale (VA= 0) et il passe par le point B avec une vitesse V₁ = 10 m/s. On prend: g = 10 N/Kg. 1. Le mouvement de (S) sur la partie AB: les frottements sont négligeables. a. Enoncer le théorème d'énergie cinétique. 2. Le mouvement de (S) sur la partie BC: les frottements ne sont pas négligeables Le solide (S) aborde la piste BC et arrive au point C avec une vitesse Vc = 6 m/s. b. En appliquant ce théorème, montré que l'expression de R le rayon de la partie AB est : R = V, calculer sa valeur R. 2.g a. En appliquant le théorème d'énergie cinétique, Trouver la valeur de WB ▶c (R). b. En déduire la valeur de fl'intensité de la force de frottement. On donne BC = 80 m. 3-Le mouvement de (S) sur la partie CD: les frottements sont négligeables. B C 2.g c. Exprimer h en fonction de CD et sina en déduire la valeur de CD. Le solide (S) aborde la piste CD et s'arrête au point D. a. Exprimer le travail du poids en fonction de m, g et h. b. En appliquant le théorème d'énergie cinétique entre C et D, montrer que l'expression de l'altitude h du point C par V² rapport au plan horizontal est : h= calculer sa valeur.​

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Réponse :

Explications :
a) Le théorème d'énergie cinétique énonce que la variation d'énergie cinétique (Ec) est égale à la somme des travaux des forces non-conservatives s'exerçant sur le système entre les instants ti et tf, soit :

ΔEc = Wnc(ti,tf)

b) Sur la partie BC, en appliquant le théorème d'énergie cinétique, on a :

ΔEc = Wnc(ti,tf)

1/2 * m * Vc² - 1/2 * m * V₁² = f * d

où f est l'intensité de la force de frottement, d est la distance parcourue sur la partie BC.

En remplaçant les valeurs numériques, on obtient :

1/2 * 50 * 6² - 1/2 * 50 * 10² = f * 80

f = 37,5 N

c) Sur la partie CD, on a :

h = CD * sinα

En sachant que α = 30°, on a :

h = CD/2

En remplaçant les valeurs numériques, on obtient :

h = 40 m

a) Le travail du poids est donné par :

Wp = m * g * (hD - hC)

En sachant que hD = 0 et hC = CD/2, on a :

Wp = -1/2 * m * g * CD

b) Entre C et D, le théorème d'énergie cinétique donne :

ΔEc = Wnc(ti,tf)

1/2 * m * VD² - 1/2 * m * VC² = Wp = -1/2 * m * g * CD

En sachant que VD = 0 et VC = 6 m/s, on a :

h = VC²/(2g)

En remplaçant les valeurs numériques, on obtient :

h = 1,8 m

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