Système poulie-masse suspendue

Difficile
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Énoncé

Une poulie, assimilée à un disque homogène de masse et de rayon , tourne sans frottement autour d'un axe horizontal fixe passant par son centre. Un fil inextensible et de masse négligeable, enroulé sur la poulie sans glisser, porte à son extrémité une masse suspendue . Le système est lâché sans vitesse initiale ; la masse descend d'une hauteur . On prend et on néglige la résistance de l'air. 1) Exprimer le moment d'inertie de la poulie et le calculer. 2) En appliquant le théorème de l'énergie cinétique au système {poulie + masse}, établir la relation entre (vitesse de la masse) et les données du problème, puis calculer . 3) Calculer la vitesse angulaire de la poulie lorsque la masse a parcouru . 4) En appliquant le théorème de l'énergie cinétique à la masse seule, déterminer la tension du fil pendant la chute.

إرشادات

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1 الإرشاد 1
Le système comprend deux objets en mouvement : la masse qui descend en translation et la poulie qui tourne. L'énergie cinétique totale additionne $\tfrac{1}{2}mv^{2}$ et $\tfrac{1}{2}J_\Delta\omega^{2}$.
2 الإرشاد 2
Le fil ne glisse pas : cela impose la relation $v = R\,\omega$, qui permet de tout exprimer avec une seule inconnue. Pour la tension, applique ensuite le théorème à la masse seule.

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الطريقة — من أين نبدأ

Le système comprend deux objets en mouvement : la masse qui descend en translation et la poulie qui tourne. L'énergie cinétique totale additionne et .

Le fil ne glisse pas : cela impose la relation , qui permet de tout exprimer avec une seule inconnue. Pour la tension, applique ensuite le théorème à la masse seule.

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