Quelle force faut-il pour tirer le caddie sur une rampe ?

Salut! En tant que fournisseur de Pull The Shopping Cart, on me pose souvent des questions sur la force nécessaire pour tirer un caddie sur une rampe. C'est une question assez courante, surtout pour ceux qui ont affaire à des rampes dans les supermarchés, les entrepôts ou d'autres endroits où des caddies sont utilisés. Alors, plongeons-y directement et décomposons ce qui se passe lorsque vous essayez de tirer ce chariot sur une pente.

Tout d’abord, nous devons comprendre la physique de base en jeu ici. Lorsque vous tirez un caddie sur une surface plane, vous êtes principalement confronté au frottement entre les roues et le sol. Mais quand on monte une rampe, les choses deviennent un peu plus compliquées. Il y a deux forces principales à prendre en compte : la gravité et la friction.

La gravité est la force qui attire tout vers le centre de la Terre. Lorsqu’un caddie se trouve sur une rampe, la gravité tente de le faire redescendre vers le bas de la rampe. Plus la rampe est raide, plus cette force descendante est forte. Pour surmonter cela, vous devez appliquer une force ascendante en direction de la rampe.

La friction, quant à elle, est la force qui résiste au mouvement du chariot. Cela se produit entre les roues du chariot et la surface de la rampe. Le type de surface, l’état des roues et le poids du chariot affectent tous le degré de friction. Par exemple, une surface de rampe rugueuse créera plus de friction qu’une surface lisse.

Commençons par la force due à la gravité. La force de gravité agissant sur un objet peut être calculée à l'aide de la formule F = mg, où m est la masse de l'objet et g est l'accélération due à la gravité (qui est d'environ 9,8 m/s² sur Terre). Mais lorsque le chariot est sur une rampe, seule une partie de cette force agit dans le sens de la rampe.

Si la rampe fait un angle θ avec l'horizontale, la composante de la force gravitationnelle agissant le long de la rampe est Fg = mg sinθ. Cela signifie qu’à mesure que l’angle de la rampe augmente, la force que vous devez surmonter en raison de la gravité augmente également. Par exemple, si vous avez un caddie pesant 10 kg et que la rampe a un angle de 10 degrés, la force gravitationnelle agissant sur la rampe est Fg = 10 kg × 9,8 m/s² × sin(10°) ≈ 17 N.

Parlons maintenant de friction. La force de frottement peut être calculée à l'aide de la formule Ff = μN, où μ est le coefficient de frottement et N est la force normale. La force normale est la force exercée par la rampe sur le chariot perpendiculairement à la surface de la rampe. Sur une surface plane, la force normale est égale au poids du chariot (N = mg). Mais sur une rampe, la force normale est N = mg cosθ.

Le coefficient de frottement dépend des matériaux en contact. Par exemple, les roues en caoutchouc sur une rampe en béton peuvent avoir un coefficient de friction différent de celui des roues en plastique sur une rampe en bois. Une valeur typique du coefficient de frottement entre le caoutchouc et le béton est d'environ 0,7. Ainsi, si nous utilisons le même chariot de 10 kg sur une rampe en béton avec un angle de 10 degrés, la force normale est N = 10 kg × 9,8 m/s² × cos(10°) ≈ 96,5 N. Et la force de frottement est Ff = 0,7 × 96,5 N ≈ 67,6 N.

La force totale nécessaire pour tirer le chariot sur la rampe est la somme de la force nécessaire pour vaincre la gravité et de la force nécessaire pour vaincre la friction. Ainsi, dans notre exemple, la force totale Ftotal = Fg+Ff ≈ 17 N + 67,6 N = 84,6 N.

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Dans des situations réelles, d'autres facteurs peuvent affecter la force nécessaire pour tirer un caddie sur une rampe. Par exemple, si le chariot est chargé de manière inégale, les roues peuvent glisser davantage d’un côté, augmentant ainsi la friction. De plus, s’il y a des bosses ou des obstacles sur la rampe, ils peuvent augmenter la résistance.

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Références

1. Halliday, D., Resnick, R. et Walker, J. (2014). Fondements de la physique. Wiley.
2. Serway, RA et Jewett, JW (2018). Physique pour les scientifiques et les ingénieurs avec la physique moderne. Cengage l’apprentissage.