Mécanique

Rampe avec frottement

Observez le bloc rester en place — puis réduisez son coefficient de frottement statique (μs) jusqu'à ce qu'il glisse en dessous du seuil (μs = tan 30° ≈ 0,58).

Rampe avec frottement — simulation interactive de Mécanique. Observez le bloc rester en place — puis réduisez son coefficient de frottement statique (μs) jusqu'à ce qu'il glisse en dessous du seuil (μs = tan 30° ≈ 0,58). Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Frottement statique sur une rampe

Le frottement s'oppose au glissement. Sur une rampe, le bloc reste immobile jusqu'à ce que la composante de la gravité le long de la pente dépasse le frottement statique maximal.

L'angle critique vérifie tan θ = μ. En dessous de cet angle le bloc reste au repos  ; au-dessus il glisse. La rampe de ce préréglage est fixée à 30°  ; réduisez dans l'Inspecteur le coefficient de frottement statique (μs) du bloc jusqu'à ce qu'il passe sous tan 30° ≈ 0.58 pour trouver le seuil.

• Coefficient de frottement statique μₛ = tan θ_critical
• Frottement F_friction ≤ μₛ N

Mémoire d'enquête

Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire

Le brief reprend la page pré-rendue  : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.

Question de conduite

Un bloc repose sur une rampe 30° fixe, actuellement maintenu en place par friction statique. Si vous réduisez la friction entre le bloc et la rampe, commencera-t-il à glisser – et à quel moment ?

Des pronostics à peser

• Deux règles s'appliquent, l'une après l'autre. Le bloc tient pour tout μs ≥ tan(30°) ≈ 0.58, quelle que soit la masse — et dès qu'il lâche, c'est μk, et non μs, qui fixe la vitesse à laquelle il accélère.
• Le bloc glissera un peu plus à chaque fois que vous diminuerez μs, même si μs est encore au-dessus de tan(30°) — la friction s'affaiblit progressivement.
• Un bloc plus lourd a besoin d’un µs inférieur pour commencer à glisser qu’un bloc plus léger – la masse affecte également le seuil.

Rôles variables

Ce que vous définissez  :

• Bloquer la masse (kg)
• Friction statique (μs)
• Frottement cinétique (μk)

Ce que vous mesurez  :

• Force de gravité le long de la rampe (N)
• Vitesse après 1 s (m/s)

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez le préréglage Rampe de friction. Notez l'angle d'inclinaison fixe de la rampe (30°) et le bloc posé dessus, actuellement maintenu statique par friction.
2. Utilise le panneau Propriétés (ou un lien partagé) pour régler les coefficients de frottement statique (μs) et cinétique (μk) du bloc pour cet essai. Garde μk ≤ μs — l'application l'impose, car une surface ne peut pas adhérer moins au repos que pendant le glissement. La masse reste fixe.
3. Exécutez la simulation pendant quelques secondes et lisez la vitesse du bloc sur la sonde. Notez s'il est resté au repos ou s'il a commencé à glisser.

Équation gouvernante

Composante de gravité le long de la pente — F = m·a

F = m·a appliqué avec a = g sin θ donne la part du poids du bloc qui le tire vers le bas de la pente. Le frottement statique doit l'annuler complètement pour que le bloc reste immobile  ; une fois qu'il glisse, le frottement cinétique n'en annule qu'une partie.

Force de frottement cinétique — f_k = μ_k·m·g·cos θ

Dès que le bloc glisse réellement, le frottement cesse d'être un seuil et devient une force bien définie  : f = μk·m·g·cos θ, où μk est le coefficient de frottement CINÉTIQUE. Elle se retranche de la composante du poids le long de la pente, si bien que le bloc accélère à g(sin θ − μk·cos θ) au lieu du g·sin θ sans frottement. La masse se simplifie entièrement dans cette expression  : c'est pourquoi les lignes de glissement ci-dessous n'en dépendent pas.

Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre

• Pour chaque ligne, calculez tan(30°) et comparez-le à votre valeur μs. Cette comparaison prédit-elle si le bloc reste au repos ?
• Les lignes 1–2 restent immobiles  ; les lignes 3–5 glissent, à trois rythmes différents. Explique pourquoi la masse disparaît À LA FOIS de la condition de frottement statique ET de l'accélération de glissement, alors que ces lignes utilisent trois masses différentes.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• Il y a deux façons de faire lâcher le bloc  : abaisser son μs sous tan(30°) ≈ 0.577, ou redresser la rampe jusqu'à ce que l'angle dépasse atan(μs) ≈ 35°. Essaie les deux. S'agit-il vraiment de la même condition écrite de deux manières ?
• Une semelle de chaussure de randonnée et une chaussure habillée lisse ont des valeurs μs très différentes sur le même sentier mouillé. Expliquez, à l’aide de cette expérience, pourquoi l’un est beaucoup plus en sécurité sur une pente raide que l’autre.

• AP Physics 1 — Unit 3: Work, Energy, and Power
• AP Physics C: Mechanics — Unit 3: Work, Energy, and Power
• IB Physics — A.3 Work, energy and power
• General High School Physics — Work, energy & power
• NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
• Middle School Physical Science — Force, mass, and motion

1. Bienvenue sur la rampe avec frottement
2. Sélectionnez le bloc
3. Appuyez sur Lecture
4. Trouvez le frottement critique
5. Ouvrez les données
6. Bravo !

Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.

Ouvrir le laboratoire interactif →

Télécharger la fiche de laboratoire →

Deuxième loi de Newton