Au programme de ce chapitre
- I. Les forces de frottement
- II. Calculer l'énergie dissipée
- III. Utiles ou gênants ?
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition Une force de frottement apparait au contact entre deux surfaces (frottement solide) ou entre un objet et un fluide, l'air ou l'eau (frottement fluide). Elle est toujours opposée au mouvement (ou au mouvement qui tend à se produire). Son travail est donc résistant : Wf = − f × d.
Un exemple corrigé
Exemple Quand un cycliste freine, les patins (ou les plaquettes) frottent sur la jante (ou le disque) : l'énergie cinétique est transformée en énergie thermique et les freins chauffent. Après une longue descente en Ardenne, un disque de frein peut être brulant.
Lexique
- frottement
- force qui s'oppose au glissement ou au mouvement dans un fluide
- dissiper
- transformer de l'énergie mécanique en énergie thermique non récupérable
- lubrification
- ajout d'huile ou de graisse pour réduire les frottements
- aérodynamique
- forme qui réduit les frottements de l'air
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — la distance d est la longueur du trajet. Le travail des frottements vaut f × d avec d la distance réellement parcourue le long de la piste (90 m pour la luge), et non la hauteur de descente (12 m). Confondre les deux donne une force 7,5 fois trop grande.
Piège — le signe de la différence. L'énergie dissipée est toujours positive : Em initiale − Em finale. Si tu trouves une Em finale plus grande que la Em initiale, vérifie tes calculs : sans apport d'énergie extérieur, c'est impossible.
Attention Ne dis pas que l'énergie « disparait » à cause des frottements : elle est transformée en chaleur, une forme d'énergie difficile à récupérer. C'est l'énergie mécanique qui diminue, pas l'énergie totale.
L'astuce du prof
Astuce — contrôle ta force de frottement. Compare la force de frottement trouvée au poids de l'objet : si elle est plus grande que le poids pour un glissement sur du sol plat, ou négative, une erreur d'unités ou de distance s'est glissée dans le calcul.
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1 — La caisse qui glisse
Une caisse glisse sur 8,0 m de sol horizontal. La force de frottement, constante, vaut 25 N. Quelle énergie est dissipée et sous quelle forme ?
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Énergie dissipée = f × d = 25 × 8,0 = 200 J. Cette énergie est transformée en énergie thermique : la caisse et le sol s'échauffent très légèrement.
Exercice 2 — Le chariot de laboratoire
Un chariot roule sur un rail incliné. Un élève mesure son énergie en trois points.
Calcule Em en chaque point, l'énergie dissipée entre A et B, entre B et C, puis le pourcentage dissipé au total.
| Position | Ep (J) | Ec (J) |
|---|---|---|
| A | 5,0 | 0 |
| B | 2,5 | 1,9 |
| C | 0 | 3,6 |
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Je somme ligne par ligne : Em(A) = 5,0 J, Em(B) = 4,4 J, Em(C) = 3,6 J. Entre A et B, il se dissipe 0,6 J ; entre B et C, 0,8 J ; au total 1,4 J, soit 1,4 / 5,0 = 28 % de l'énergie de départ. Les frottements se répartissent tout au long du trajet.