Question:
Une balle lancée a-t-elle une énergie cinétique en haut de la courbe?
ming yeow
2018-01-14 17:51:54 UTC
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Je passe par la physique avec mon enfant de 5e année. Il y a une question et une réponse qui indiquent qu'une balle en vol en haut de la trajectoire n'a pas d'énergie cinétique.

  1. Le diagramme ci-dessous montre le chemin parcouru par un ballon après avoir été botté. La balle a touché le sol initialement à D et a finalement cessé de bouger à E.

    image of ball bouncing with several points on the path labeled

    À quelle (s) position (s) la balle n'avait-elle pas d'énergie cinétique?

    1. B uniquement
    2. A et E uniquement
    3. B et E uniquement
    4. B, D et E uniquement

Voici l'explication donnée dans le livre:

  1. Réponse: 3. B et E uniquement

    • En A et C, la balle avait à la fois une énergie cinétique et une énergie potentielle (gravitationnelle).
    • À la hauteur maximale en B, la balle n'avait que de l'énergie potentielle (gravitationnelle) mais pas d'énergie cinétique.
    • En D, la balle avait de l'énergie cinétique mais pas d'énergie potentielle (gravitationnelle) comme elle l'était au niveau du sol.
    • En E, la balle s'est arrêtée de bouger, elle n'avait donc aucune énergie cinétique. La balle n'avait pas non plus d'énergie potentielle (gravitationa) car elle était au niveau du sol.

En ignorant le fait "compliqué" que tout ce qui contient de la chaleur a de l'énergie cinétique en interne, y a-t-il une raison pour laquelle la balle ne continuerait pas à avoir de l'énergie cinétique? Il n'y a plus de mouvement vertical, mais il est toujours en mouvement vers l'avant.

Huit réponses:
Pieter
2018-01-14 18:12:58 UTC
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La réponse est fausse.Certains auteurs ont confondu la situation où la balle ne bouge que verticalement (et un graphique en fonction du temps) avec ce cas où il y a un mouvement horizontal.La composante horizontale de la vitesse est constante dans une trajectoire balistique, il en est de même aux points A, B et C.

L'énergie cinétique n'est nulle que lorsque la balle est stationnaire, et la balle n'est stationnaire qu'en E: c'est donc le seul point où l'énergie cinétique est nulle.

Alors ... ne faites pas confiance à ce livre.

paparazzo
2018-01-14 21:54:24 UTC
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Le texte du livre est incorrect.

S'il a de l'énergie cinétique en D, alors il a de l'énergie cinétique en B.
Il y a une composante de mouvement dans la direction X.

En D, il y a l'énergie potentielle de l'air comprimé (ce qui le fait rebondir).

La bonne réponse E n'est même pas un choix dans le livre.

QuIcKmAtHs
2018-01-14 19:50:53 UTC
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Après de longues délibérations, je suis d'accord avec la réponse de Pieter.Je vais peut-être élaborer davantage.L'équation de l'énergie cinétique est $ \ frac {1} {2} mv ^ 2 $.Le mouvement de la balle est un mouvement de projectile, et peut être résolu par 2 vecteurs: l'horizontale et la verticale.

La composante verticale de cette vitesse diminue de $ -g $ à mesure qu'elle s'approche de la hauteur maximale.Par conséquent, sa vitesse à la hauteur maximale est nulle, car l'énergie ici est devenue une énergie potentielle.

La composante horizontale, par contre, n'est pas nulle et continue de diminuer, car l'énergie est perdue par l'énergie thermique.

Par conséquent, notre vitesse résultante n'est pas nulle.Donc $ \ frac {1} {2} mv ^ 2 $ n'est certainement pas nul.Par conséquent, seul E, lorsque la balle est au repos, est correct.

gnasher729
2018-01-14 23:36:03 UTC
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Premièrement, l'image est vraiment trompeuse.Quand je le regarde, je semble indiquer que la balle se déplace toujours horizontalement, et qu'elle a donc de l'énergie cinétique au point B. Elle n'aurait pas d'énergie cinétique au sommet seulement si vous lancez la balle absolument droit vers le haut.

Cela empire.En supposant que le mouvement horizontal du dessin ne représente qu'une ligne du temps et que la balle monte et descend, la réponse pour le point D est très, très douteuse.Lorsque la balle touche le sol, elle commence avec de l'énergie cinétique due au déplacement vers le bas.Cette énergie est convertie en énergie potentielle (comme un ressort) lorsque la balle touche le sol et se comprime.Au point de compression maximale, il n'y a pas d'énergie cinétique, la balle reste immobile.Ensuite, il recommence à s'étendre et l'énergie potentielle est à nouveau transformée en énergie cinétique.

Il y a une forte indication que l'axe horizontal n'est pas le temps: l'axe est un rectangle, représentant quelque chose comme une planche.
Le texte dit "Le diagramme ci-dessous montre le ** chemin ** pris par une balle".Soulignez le mien.Le mot «chemin» indique que montre la balle dans l'espace réel, pas en coordonnées cartésiennes où x est le temps.
@Acccumulation "après avoir été _kicked_", il est assez difficile de le lancer directement, est un autre indicateur
Un argument pour l'axe X représentant le temps est qu'il serait difficile de montrer la distinction entre la condition de départ, D et E autrement.Cet [article] ESA (http://blogs.esa.int/rocketscience/2016/03/13/why-exomars-ride-to-space-takes-the-time-it-does/) a une distance / temps[diagramme] (http://blogs.esa.int/rocketscience/files/2016/03/Fig3.png) qui ressemble un peu à celui de la question.
@Acccumulation: ** path ** n'implique rien du tout.Par exemple, en thermodynamique, on parle d'un [chemin] (https://en.wikipedia.org/wiki/Thermodynamic_process_path) pour `une série d'états par lesquels un système passe d'un état d'équilibre initial à un état d'équilibre final`.Ce chemin peut être représenté en coordonnées P-V, P-T ou T-s.La trajectoire du ballon de football peut parfaitement être représentée en coordonnées altitude-temps, pas seulement en x-z.
@EricDuminil simplement parce qu'un terme peut être utilisé pour une signification alternative dans d'autres contextes, ne signifie pas qu'il n'implique pas sa signification standard lorsque ce contexte n'est pas spécifié.Si cette signification de «chemin» était voulue, elle devrait être «représente» plutôt que «montre», et il devrait être spécifié que c'est le chemin en coordonnées spatio-temporelles.Il ne faut pas s'attendre à ce que les élèves devinent simplement le sens que vous vouliez.
@Acccumulation: Juste pour être clair: cette question est nulle.Pourtant, il n'y a rien de différent entre un chemin en 3-D et un chemin dans toutes les autres coordonnées.C'est le même sens et fondamentalement le même contexte.
@EricDuminil Non, il y a une différence entre l'établissement d'une correspondance entre un espace physique (c'est-à-dire des points sur un morceau de papier) et un espace abstrait, et une correspondance entre l'espace physique et l'espace physique, c'est-à-dire un dessin.Aucun axe et aucune coordonnée n'ont été donnés, et il ne s'agissait pas d'un "graphique", mais d'un "chemin".La seule interprétation raisonnable est qu'il s'agit d'une représentation picturale de l'espace.En plus de cela, cela n'a aucun sens de dire que la balle a cessé de bouger en E, à moins que la direction horizontale soit spatiale.Si x était le temps, la balle ne s'arrêterait jamais de bouger.
@Acccumulation: J'abandonne, cette question est en effet irréparable.;)
Kzwix
2018-01-16 20:06:47 UTC
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Comme d'autres l'ont indiqué, le seul état où il n'a pas d'énergie cinétique est E, À MOINS QUE la balle ne soit considérée comme se déplaçant uniquement dans la direction verticale (auquel cas, la balle n'a pas d'énergie cinétique en B).

Quant à l'énergie potentielle (gravitationnelle), si l'on considère le sol comme le niveau "absolu" 0, alors il n'en a pas, mais, évidemment, si quelqu'un creusait un trou sous la balle, il tomberait ... ce quiindique qu'il a de l'énergie potentielle (mais que l'énergie ne peut pas être convertie, car la balle ne peut pas tomber), plutôt que d'en avoir aucune du tout.Cependant, cette "approximation" est utilisée par la plupart des physiciens, donc nous pouvons la laisser glisser.

Dans l'ensemble, le livre semble être une poubelle dans la façon dont il explique les choses, même si l'auteur semble savoir de quoi il parle.Mieux vaut le jeter à la poubelle et en chercher un meilleur.

Ce billet ne sert à rien ajouter, c'est une simple répétition.
stevie
2018-01-17 01:10:28 UTC
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Si la balle bouge, elle a de l'énergie cinétique.Si le ballon était frappé droit vers le haut, à l'apogée, son énergie serait toute potentielle car il ne bouge pas horizontalement ou verticalement, il s'arrête momentanément.Si le ballon est botté dans n'importe quelle direction sauf parfaitement verticale, il a de l'énergie cinétique tout au long de son vol puisqu'il ne s'arrête jamais de se déplacer horizontalement.L'énergie potentielle à tout point de son chemin est gh, où h est la hauteur d'une référence, le sol dans ce cas, la balle est à un moment donné et g, la gravité.Lorsque le ballon est au sol, PE est nul.

Bien sûr, l'énergie potentielle gravitationnelle est le type que nous considérons par rapport à l'énergie stockée du coup de pied ou des rebonds.

Ouais, ce livre pue!

Abdul Ahad
2018-01-16 16:52:24 UTC
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S'il est en mouvement, il a de l'énergie cinétique, car la vitesse est un paramètre.Il est également en orbite autour du soleil et affecterait tout astéroïde entrant sur son chemin, même au repos par rapport à la Terre au stade E.

Les molécules d'air à l'intérieur de la balle ont également de l'énergie cinétique, leur mouvement et leurs collisions avec l'intérieur de la balle sont ce qui maintient la forme.La surface de la balle se sublimera également, même à des températures froides, en raison de son énergie cinétique locale aléatoire.

Il a moins d'énergie cinétique lorsqu'il est au sommet de l'arc, elle est stockée sous forme d'énergie potentielle par rapport au champ gravitationnel de la Terre, et reconvertie en énergie cinétique en descendant.Si vous jetiez la balle directement vers le haut, elle aurait un mouvement nul au sommet, et le système chimique fermé n'aura aucune énergie cinétique par rapport au champ gravitationnel de la Terre.S'il y a un mouvement latéral, sa vitesse rendrait la KE non nulle.

Est-ce que ça bouge?

Trevor_G
2018-01-19 14:03:51 UTC
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C'est bien pour vous de faire vos devoirs de mathématiques avec votre enfant.

Comme d'autres l'ont mentionné, la question et la réponse telles qu'elles sont rédigées sont erronées.La bonne réponse est bien sûr E uniquement.

Cependant, il y a une condition où B pourrait avoir une énergie cinétique nulle.

Ce serait si le cadre de référence se déplace exactement à la même vitesse que la balle se déplace au sommet du premier pic.

Autrement dit, si tout ce qui précède se trouve à l'intérieur d'un wagon qui accélère jusqu'à cette vitesse exacte lorsque la balle atteint B, et que vous regardez de l'intérieur de la voiture.

Si la voiture de train a ensuite décéléré à sa vitesse initiale après que la balle a passé B et atteint E, je suppose que B et E sont possibles.

Attention, la courbe de la première boucle semblerait considérablement contractée.

Point bonus: le ballon de football a besoin d'air s'il rebondit comme ça, ou si le sol est en gelée.

La balle a toujours une vitesse dans la direction x, i.e.Parallèlement au sol, il a donc encore de l'énergie cinétique.
@physics90 tout est "relatif".L'énergie cinétique est une mesure relative basée sur le cadre de référence des observateurs.Même une balle assise encore au sol a une énergie cinétique par rapport au soleil.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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