- enseignement Catholique

HPT
Formation scientifique
UAA15
AUTEUR : Ph. Godts
Fiche d’expérience 2
Modélisation de collision
Description générale
Cette fiche d’expérience complète la fiche d’investigation
« Analyse de collisions » en proposant une manière de mesurer
les effets d’une collision avec du matériel simple, et de mettre en
évidence différents paramètres.
Elastique pour la
fixation des lests
Matériel
Modèle de véhicule à construire1 (Legos,…), latte en bois assez
lisse (environ 0,5 x 2 x 30 cm), morceau de tissu (essuie-main,
feutre…), élastiques, lests (cuillers…), balance de ménage,
mètre, planche de roulement muni d’un arrêt.
Procédure
1. Graduer la latte à partir d’une des extrémités (par exemple
tous les demi-centimètres en partant de 13 cm).
Morceau
de tissu à
rabattre
sur la
latte
2. Assembler le véhicule en y plaçant la latte enroulée dans le
morceau de tissu. Le tissu doit suffisamment enserrer la
latte pour qu’on puisse encore juste la faire glisser en la
tenant fermement.
3. Disposer la planche de roulement de telle manière qu’elle ait
une inclinaison suffisante (plus de 45 ° par rapport à
l’horizontale).
Placer le véhicule en position basse
(l’extrémité de la latte contre l’arrêt de la planche de
roulement et mesurer la hauteur entre l’extrémité de la latte
et le sol.
h
h0
Les roues devront présenter le moins de frottement possible, tant au niveau du contact avec la surface de roulement qu’au
niveau des axes.
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4. Déterminer par pesée la masse m du véhicule (lest compris).
5. Glisser la latte jusqu’à la marque « zéro », puis placer le véhicule
sur la planche de roulement de telle manière que l’extrémité de la
latte soit à la hauteur désirée h plus la hauteur h0. Laisser rouler
le véhicule jusqu’à ce que la latte percute l’arrêt et mesurer
l’enfoncement d de la latte.
6. Reproduire la mesure pour la vérifier.
7. Changer la hauteur ou la masse du véhicule en y fixant fermement
des lests à l’aide d’élastiques.
On lit ici un
enfoncement
de 4,3 cm
8. Calculer pour chaque hauteur la vitesse de percussion en
supposant que toute l’énergie potentielle s’est transformée en
énergie cinétique (𝑣 = √2𝑔ℎ).
Exemples de résultats
m = 132 g
m = 318 g
m = 463 g
h(cm) v(m/s) d(cm) h(cm) v(m/s) d(cm) h(cm) v(m/s) d(cm)
10
1,4
0,4
10
1,4
0,5
10
1,4
0,9
20
2,0
0,8
20
2,0
1,0
20
2,0
2,2
40
2,8
1,2
40
2,8
2,5
40
2,8
5,5
60
3,5
1,5
60
3,5
3,8
60
3,5
9,1
80
4,0
2,0
80
4,0
5,9
80
4,0
Il apparaît nettement dans ces résultats que l’enfoncement augmente tant avec la masse du véhicule
qu’avec sa vitesse. De plus, on peut voir que quand la vitesse est doublée, l’enfoncement est bien
plus que doublé (il est en moyenne multiplié par quatre).
Remarques pour le professeur
La méthode utilisée ici pour donner au véhicule une vitesse reproductible est de le faire descendre
une certaine dénivellation h sur un plan incliné. Cette méthode pose plusieurs problèmes, qui
pourront éventuellement être discutés avec les élèves :



La situation peut sembler étonnante pour les élèves car on donne au plan incliné une inclinaison
qui ne se présente jamais dans la réalité : la plupart du temps, les véhicules se déplacent sur
terrain plat.
En réalité, la dénivellation véritable devrait tenir compte de l’enfoncement d, puisque le véhicule
descend en tout d’une hauteur d + h. Mais ceci ne change pas de manière significative les
valeurs des vitesses obtenues.
Les frottements de roulement sont ici très importants et ne sont pas indépendants de la masse du
véhicule. C’est pour cela que l’enfoncement n’est pas directement proportionnel à la masse. On
peut éviter ces frottements en laissant tomber le véhicule en chute libre sur une planche.
Variante
Placer la planche de roulement horizontale lancer le véhicule à la main, et effectuer la mesure de la
vitesse de percussion à l’aide d’un capteur (fourche optique, capteur de mouvement…).
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Développements attendus principalement visés
Décrire une situation concrète illustrant le principe de conservation de l’énergie mécanique (C1).
Identifier les variations d’énergie (cinétique et potentielle) dans un mouvement simple (A1).
Identifier le type d’énergie (cinétique ou potentielle) dans une situation simple (C2).
Dans une situation simple (telle que le mouvement d’un pendule), l'élève utilise un critère pour distinguer l’énergie
cinétique de l’énergie potentielle. Après avoir analysé les variations de ces énergies, il met le principe de
conservation de l'énergie mécanique en évidence.
Sur base de documents fournis, avancer une réponse argumentée permettant d’expliquer une situation de la vie
courante (T1).
L’élève explique, par exemple,

les différents dégâts occasionnés lors d’une collision axiale entre deux véhicules,

une affirmation de la sécurité routière du type : « une collision d’une voiture à 90 km/h contre un mur
correspond à la chute de cette même voiture d’une hauteur de onze étages ».
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