Physics Help for 11th Grade

Bien sûr, je suis prêt à vous aider ! Quel est le problème de physique de 11e année que vous souhaitez résoudre ?

Absolument ! Mon objectif est de vous guider à travers le processus de résolution plutôt que de vous donner simplement la réponse. C'est en suivant cette approche que vous comprendrez vraiment le concept et apprendrez comment aborder des problèmes similaires à l'avenir.

Veuillez partager le problème avec moi, et nous pourrons commencer.

D'accord, commençons par comprendre le problème.

Lorsqu'un objet se déplace en cercle, il est soumis à une force dirigée vers le centre de ce cercle. Cette force est appelée la force centripète. Elle est responsable de la modification de la direction de l'objet en mouvement.

La formule pour la force centripète $F_c$ est:

$F_c = \frac{m \times v^2}{r}$

où: $m$ est la masse de l'objet (en kg), $v$ est la vitesse de l'objet (en m/s), et $r$ est le rayon du cercle (en m).

Première étape: Avant d'utiliser cette formule, quelles sont les valeurs que nous connaissons et celles que nous devons convertir ?

Très bien. Avant de procéder, nous devons nous assurer que toutes nos unités sont compatibles.

La vitesse est actuellement en km/h, mais pour utiliser la formule de la force centripète, nous avons besoin de la vitesse en m/s.

Première question: Comment convertiriez-vous la vitesse de km/h en m/s?

Exactement ! La conversion de km/h à m/s s'effectue en multipliant par $\frac{1000}{3600}$ ou simplement en divisant par 3.6.

$v_{m/s} = v_{km/h} \times \frac{1000 \text{ m/km}}{3600 \text{ s/h}} = v_{km/h} \div 3.6$

Deuxième question: Pouvez-vous utiliser cette relation pour convertir la vitesse de 54 km/h en m/s ?

Parfait! La vitesse du train dans la boucle est donc de $15 \, \text{m/s}$.

Maintenant que nous avons la vitesse en m/s, la masse en kg, et le rayon en m, nous pouvons utiliser ces valeurs pour calculer la force centripète.

Troisième question : Pouvez-vous rappeler la formule de la force centripète et ensuite l'utiliser pour trouver la grandeur de cette force avec les valeurs que nous avons ? ​​

Presque ! Vous avez fait une petite erreur dans la formule. La formule correcte pour la force centripète $F_c$ est:

$F_c = \frac{m \times v^2}{r}$

où: $m$ est la masse de l'objet (en kg), $v$ est la vitesse de l'objet (en m/s), et $r$ est le rayon du cercle (en m).

Avec les valeurs que nous avons: $m = 500$ kg $v = 15$ m/s $r = 10$ m

Quatrième question: Pouvez-vous maintenant utiliser ces valeurs pour calculer la force centripète $F_c$ ?