Un voyageur tire une valise de masse \( m = 8{,}5 \, \text{kg} \) sur un sol horizontal, à l'aide d'une lanière. La direction de la lanière fait un angle \( \alpha = 30^\circ \) avec l'horizontale. La valise glisse d'un mouvement de translation rectiligne uniforme. La tension de la lanière a pour valeur \( T = 8{,}0 \, \text{N} \).
Le mouvement de la valise se fait avec frottement.
- Faire l'inventaire des forces exercées sur la valise. Donner les caractéristiques connues de ces forces.
- Quelle égalité vectorielle doit vérifier ces forces ?
- Calculer la valeur de la force de frottement.
- En déduire la valeur de la réaction \( \vec{R} \), force exercée par le sol sur la valise.
Figure : forces sur la valise (P : poids, T : tension, RN : réaction normale, f : frottement).
1. Inventaire des forces
- Le poids \( \vec{P} \) : vertical, vers le bas, d'intensité \( P = m g = 8{,}5 \times 9{,}8 = 83{,}3 \, \text{N} \).
- La tension \( \vec{T} \) de la lanière : direction oblique (angle \( \alpha = 30^\circ \) avec l'horizontale), vers le haut, d'intensité \( T = 8{,}0 \, \text{N} \).
- La réaction normale \( \vec{R}_N \) du sol : perpendiculaire au sol, vers le haut, d'intensité inconnue.
- La force de frottement \( \vec{f} \) : parallèle au sol, de sens opposé au mouvement (donc horizontale, vers la gauche), d'intensité inconnue.
2. Égalité vectorielle
Le mouvement est rectiligne uniforme → la valise est en équilibre (principe d'inertie). La somme vectorielle des forces est nulle :
3. Calcul de la force de frottement \( f \)
Projetons sur l'axe horizontal (direction du mouvement) :
4. Valeur de la réaction \( \vec{R} \) (normale)
Projetons sur l'axe vertical :
La force exercée par le sol sur la valise est la réaction \( \vec{R} \), qui est la somme vectorielle de \( \vec{R}_N \) et \( \vec{f} \). Mais dans ce contexte, on demande souvent la composante normale. L'énoncé dit « la réaction \( \vec{R} \) » ; il s'agit ici de la réaction normale (perpendiculaire) car le frottement est déjà traité à part. Ainsi :
- Force de frottement : \( f \approx 6{,}93 \, \text{N} \)
- Réaction normale du sol : \( R \approx 79{,}3 \, \text{N} \)