tp8_energie_mecanique_2s

2S
TP Physique n°9
Ping-pong et énergie mécanique
1. OBJECTIF
A partir d’un enregistrement vidéo d’une balle de ping pong effectuant un rebond sur
une table horizontale, déduire quelques considérations sur l’énergie mécanique.
2. MATERIEL NECESSAIRE
- Un prof avec un entonnoir sur la tête pour amuser les élèves (ce qui ne nuit en rien à
l’enthousiasme débordant des élèves pour le contenu scientifico-pédagogique de la
séance.... euh... quoi ?),
- un caméscope + un magnétoscope pour réaliser un enregistrement vidéo-stroboscopé,
- une balle de ping-pong pour le bienfait de la science,
- une règle pour fixer l’échelle du repère d’espace lors de l’enregistrement,
- un peu de bonne humeur parce-que ça ne mange pas de pain et c’est gratuit.
3. OBTENTION DE LA « CHRONOPHOTOGRAPHIE » réalisé par le prof
(démonstration en classe)
* A partir de l’enregistrement vidéoscopé, le prof relève soigneusement image par
image la position du centre d’inertie de la balle au cours du mouvement, (touche « arrêt
sur image » du magnétoscope) soit sur le tableau (démonstration en classe), soit sur une
feuille de papier calque directement scotchée sur l’écran d’une télé (pour obtenir la
« chronophotographie ».
* Il trace sur cette même feuille le repère orthonormé (O, x, y) gradué qui permettra
l’exploitation de cette trajectoire.
On peut décomposer la trajectoire de la balle en 2 parties :
- une partie « avant » avant le rebond,
- et une partie « après» après ce dernier.
4. EXPLOITATION
Sachant que cet enregistrement vidéo s’est effectué à raison de 25 images par seconde et qu’une image est constituée de 2
trames successives (« demi-images ») sur l’écran du téléviseur, chacune des trames étant activée à chaque pression sur la
touche « arrêt sur image » du magnétoscope (phrase à relire si nécessaire...),
a) Combien vaut la durée  entre 2 positions successives de la balle sur votre papier calque ?  = …………………….
b) Sur votre papier calque à quelle distance réelle correspond 1 cm mesuré ? 1 cmmesuré  …………………… cmréels
c) Mesurez la masse de la balle de ping-pong : m = ……………..
d) Numérotez les points de la trajectoire en commençant par le chiffre 1.
Pour la suite, vous prendrez 3 points pour la partie « avant» et 5 points pour la partie « après».
e) Complétez le tableau « avant rebond » en ne retenant que 2 chiffres significatifs.
Points
Altitude mesurée Altitude réelle z
Vitesse réelle
Ec (J)
étudié
z par rapport à la
par rapport à la
v instantanée
n°
table (m)
table (m)
(m/s)
3
7
10
Epp (J)
Em (J)
f) Complétez le tableau « après rebond » en ne retenant que 2 chiffres significatifs.
Points
Altitude mesurée Altitude réelle z Vitesse réelle v
Ec (J)
étudié
z par rapport à la
par rapport à la
instantanée
n°
table (m)
table (m)
(m/s)
Epp (J)
Em (J)
14
19
25
31
36
g) Tracez la courbe représentative de Em (en ordonnée : y-Achse) en fonction du temps (en abscisse :x-Achse).
Echelles :
Ordonnée : 1cm  4 mJ = 4.10-3 J
Abscisse : 1cm  0,10 s
5. QUESTIONS
a) Que peut-on dire de l’énergie mécanique du système étudié entre 2 rebonds ? Pourquoi ? ……………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………
b) Expliquez les écarts éventuels entre la théorie de la « chute libre » et l’expérience réalisée. …………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………
c) Pourquoi il n’est pas nécessaire de donner plus de 2 chiffres significatifs pour nos valeurs ? …………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………
d) Quelles sont les sources expérimentales d’incertitude les plus importantes ? ………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………………
e) Comment évolue l’énergie mécanique après le rebond ? Où est passée la « différence » ? ……………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………
f) Trouvez 2 exemples (objets d’étude, matériau...) :
- un où l’énergie mécanique reste constante même après un
rebond, dessinez alors l’allure de la chronophotographie que l’on
obtiendrait dans ce cas,
- un où l’énergie mécanique s’annule après le rebond.