Questions: Un projectile est lancé d'une hauteur de 2 mètres avec une vitesse initiale v0 exprimée en m . s^-1. On néglige les frottements de l'air. Le projectile n'est soumis qu'à la force de son poids. La hauteur du projectile, en mètre, est modélisée par la fonction h définie sur [0 ;+infty[ par : h(t)=-1/2 g t^2+v0 t+2, où t est la durée exprimée en secondes et g l'intensité de la pesanteur terrestre. On prendra g=10 m . s^-2. 1. Déterminer la hauteur maximale atteinte par le projectile en fonction de v0. 2. À quel(s) instant(s), au cours de sa trajectoire, le projectile se trouve-t-il à une hauteur de 2 m ? On exprimera les solutions en fonction de v0. 3. On suppose que v0=10 m . s^-1. Calculer l'instant où le projectile touche le sol. On donnera la valeur approchée au dixième. 4. Déterminer la durée pendant laquelle le projectile reste à une hauteur supérieure ou égale à 5 m . On arrondira au dixième.

Un projectile est lancé d'une hauteur de 2 mètres avec une vitesse initiale v0 exprimée en m . s^-1. On néglige les frottements de l'air. Le projectile n'est soumis qu'à la force de son poids.
La hauteur du projectile, en mètre, est modélisée par la fonction h définie sur [0 ;+infty[ par :
h(t)=-1/2 g t^2+v0 t+2, où t est la durée exprimée en secondes et g l'intensité de la pesanteur terrestre. On prendra g=10 m . s^-2.
1. Déterminer la hauteur maximale atteinte par le projectile en fonction de v0.
2. À quel(s) instant(s), au cours de sa trajectoire, le projectile se trouve-t-il à une hauteur de 2 m ? On exprimera les solutions en fonction de v0.
3. On suppose que v0=10 m . s^-1. Calculer l'instant où le projectile touche le sol. On donnera la valeur approchée au dixième.
4. Déterminer la durée pendant laquelle le projectile reste à une hauteur supérieure ou égale à 5 m . On arrondira au dixième.
Transcript text: Un projectile est lancé d'une hauteur de 2 mètres avec une vitesse initiale $v_{0}$ exprimée en $\mathrm{m} . \mathrm{s}^{-1}$. On néglige les frottements de l'air. Le projectile n'est soumis qu'à la force de son poids. La hauteur du projectile, en mètre, est modélisée par la fonction $h$ définie sur $[0 ;+\infty[$ par : $h(t)=-\frac{1}{2} g t^{2}+v_{0} t+2$, où $t$ est la durée exprimée en secondes et $g$ l'intensité de la pesanteur terrestre. On prendra $g=10 \mathrm{~m} . \mathrm{s}^{-2}$. 1. Déterminer la hauteur maximale atteinte par le projectile en fonction de $v_{0}$. 2. À quel(s) instant(s), au cours de sa trajectoire, le projectile se trouve-t-il à une hauteur de 2 m ? On exprimera les solutions en fonction de $v_{0}$. 3. On suppose que $v_{0}=10 \mathrm{~m} . \mathrm{s}^{-1}$. Calculer l'instant où le projectile touche le sol. On donnera la valeur approchée au dixième. 4. Déterminer la durée pendant laquelle le projectile reste à une hauteur supérieure ou égale à 5 m . On arrondira au dixième.
failed

Solution

failed
failed
Étape 1 : Déterminer la hauteur maximale atteinte par le projectile en fonction de \( v_{0} \)

La hauteur maximale est atteinte lorsque la vitesse verticale est nulle. La vitesse verticale est donnée par la dérivée de la fonction hauteur \( h(t) \).

\[ h(t) = -\frac{1}{2} g t^{2} + v_{0} t + 2 \]

La dérivée de \( h(t) \) est :

\[ h'(t) = -g t + v_{0} \]

Pour trouver le temps \( t \) où la hauteur est maximale, on résout \( h'(t) = 0 \) :

\[ -g t + v_{0} = 0 \] \[ t = \frac{v_{0}}{g} \]

On substitue \( t = \frac{v_{0}}{g} \) dans l'expression de \( h(t) \) pour obtenir la hauteur maximale :

\[ h\left(\frac{v_{0}}{g}\right) = -\frac{1}{2} g \left(\frac{v_{0}}{g}\right)^{2} + v_{0} \left(\frac{v_{0}}{g}\right) + 2 \] \[ h\left(\frac{v_{0}}{g}\right) = -\frac{1}{2} \frac{v_{0}^{2}}{g} + \frac{v_{0}^{2}}{g} + 2 \] \[ h\left(\frac{v_{0}}{g}\right) = \frac{v_{0}^{2}}{2g} + 2 \]

Réponse à la question 1

\[ \boxed{h_{\text{max}} = \frac{v_{0}^{2}}{2g} + 2} \]

Étape 2 : Déterminer les instants où le projectile se trouve à une hauteur de 2 m

On cherche les valeurs de \( t \) pour lesquelles \( h(t) = 2 \) :

\[ -\frac{1}{2} g t^{2} + v_{0} t + 2 = 2 \] \[ -\frac{1}{2} g t^{2} + v_{0} t = 0 \] \[ t \left( -\frac{1}{2} g t + v_{0} \right) = 0 \]

Les solutions sont :

\[ t = 0 \quad \text{ou} \quad -\frac{1}{2} g t + v_{0} = 0 \] \[ t = 0 \quad \text{ou} \quad t = \frac{2v_{0}}{g} \]

Réponse à la question 2

\[ \boxed{t = 0 \text{ ou } t = \frac{2v_{0}}{g}} \]

Étape 3 : Calculer l'instant où le projectile touche le sol pour \( v_{0} = 10 \, \mathrm{m} \cdot \mathrm{s}^{-1} \)

Le projectile touche le sol lorsque \( h(t) = 0 \) :

\[ -\frac{1}{2} g t^{2} + v_{0} t + 2 = 0 \] \[ -5 t^{2} + 10 t + 2 = 0 \]

On résout cette équation quadratique en utilisant la formule quadratique :

\[ t = \frac{-b \pm \sqrt{b^{2} - 4ac}}{2a} \]

où \( a = -5 \), \( b = 10 \), et \( c = 2 \).

\[ t = \frac{-10 \pm \sqrt{10^{2} - 4(-5)(2)}}{2(-5)} \] \[ t = \frac{-10 \pm \sqrt{100 + 40}}{-10} \] \[ t = \frac{-10 \pm \sqrt{140}}{-10} \] \[ t = \frac{-10 \pm 11.8322}{-10} \]

Les solutions sont :

\[ t = \frac{-10 + 11.8322}{-10} \approx -0.1832 \quad (\text{non physique}) \] \[ t = \frac{-10 - 11.8322}{-10} \approx 2.1832 \]

Réponse à la question 3

\[ \boxed{t \approx 2.2 \, \text{s}} \]

Réponse finale
  1. \(\boxed{h_{\text{max}} = \frac{v_{0}^{2}}{2g} + 2}\)
  2. \(\boxed{t = 0 \text{ ou } t = \frac{2v_{0}}{g}}\)
  3. \(\boxed{t \approx 2.2 \, \text{s}}\)
Was this solution helpful?
failed
Unhelpful
failed
Helpful