Descente d'un skieur sur une piste inclinée avec frottement

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Énoncé

Un skieur, modélisé par un point matériel de masse , glisse sans vitesse initiale sur une piste rectiligne inclinée d'un angle par rapport à l'horizontale. Le coefficient de frottement entre les skis et la neige vaut . On prend .
Bilan des forces sur un skieur descendant une piste inclinéeSchéma d'un plan incliné de vingt degrés par rapport à l'horizontale, hachuré du côté de la matière. Un solide est posé sur la ligne de plus grande pente, son centre d'inertie est repéré par la lettre G. Trois vecteurs en partent : le poids, vertical vers le bas ; la réaction normale, perpendiculaire à la surface du plan et non à la verticale ; et la force de frottement, parallèle au plan et dirigée vers le haut de la pente, donc opposée au mouvement. Une flèche bleue le long du plan donne le sens de la vitesse, vers le bas. L'angle d'inclinaison est marqué au pied du plan.Skieur descendant une piste inclinée avec frottementDépart sans vitesse initiale, le long de la ligne de plus grande pentePRf20°vDonnéesm = 5 kgθ = 20°μ = 0,2 (coefficient de frottement)g = 9,8 m·s⁻²Le frottement s'oppose au mouvement : il remonte donc la pente.
La réaction est perpendiculaire au plan, pas à la verticale : c'est de là que vient la projection en cos θ.
1) Calculer la réaction normale exercée par la piste. 2) Calculer l'intensité de la force de frottement . 3) Calculer l'accélération du skieur le long de la piste. 4) Calculer sa vitesse après avoir parcouru une distance .

Indices

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1 Indice 1
La réaction normale est perpendiculaire au plan, pas à la verticale : c'est de là que vient la projection $N = m\,g\,\cos\theta$. Écrire $N = m\,g$ est l'erreur qui fausse tout l'exercice.
2 Indice 2
Le frottement vaut ensuite $f = \mu\,N$ et remonte la pente. Projette la deuxième loi le long du plan pour obtenir $a$, puis utilise $v^{2} = 2\,a\,L$ pour la dernière question.

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La méthode — par où commencer

La réaction normale est perpendiculaire au plan, pas à la verticale : c'est de là que vient la projection . Écrire est l'erreur qui fausse tout l'exercice.

Le frottement vaut ensuite et remonte la pente. Projette la deuxième loi le long du plan pour obtenir , puis utilise pour la dernière question.

La rédaction complète, étape par étape, se trouve juste en dessous.

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