Les trois premières minutes du vol

Nom :
Prénom :
Conservation et non conservation de l’énergie mécanique
Nous allons réaliser l’étude énergétique de 2 mouvements : celui d’un ballon de basket lancé par une joueuse, puis celui
d’une fusée lors de son décollage.
Dans les 2 cas, le travail consistera à tracer la courbe représentant l’énergie mécanique au cours du temps et à analyser les
courbes obtenues. On prendra g = 9,81N/kg.
I) Le mouvement d’un ballon de basket.
Utilisation d’Aviméca :
Ouvrir le logiciel, charger la vidéo, pour cela suivre la procédure :
Fichier / Ouvrir un clip vidéo (le professeur vous donnera le chemin
d’accès).
En appuyant sur la flèche verte, visualisez le clip vidéo :
basket parabole.avi
Les 2 flèches situées immédiatement à droite vous permettent
d’aller au début ou à la fin de la vidéo.
Les 2 flèches suivantes permettent le défilement image par image.
1 ) Utiliser un agrandissement « Echelle adaptée »
Réglage de l’étalonnage : Cliquer sur l’onglet à droite : Etalonnage.
2) Imposer la position des axes : l’origine sera placé au centre du ballon à partir de l’image n°1.
L’axe horizontal Ox sera dirigé vers la gauche, l’axe vertical Oy vers le haut.
L’origine des altitudes et des énergies potentielles correspondra alors à la position initiale du ballon.
3 ) Imposer une échelle. Choisir Echelle identique. Placer la valeur de la hauteur du panneau de basket (3,05 m) dans la
case verte. Pour le premier point, cliquer avec la souris sur le bas du trait gras noir symbolisant cette hauteur, pour le
deuxième, cliquer sur le sommet.
4 ) Mesures : Cliquer sur l’onglet Mesure juste à gauche du précédent (Etalonnage).
Il se peut que des valeurs apparaissent dans le tableau et que vous désiriez les effacer.
Pour cela, cliquer sur l’onglet en bas à droite (extrémité droite).Confirmer l’effacement.
Réaliser la saisie à partir de l’image n°3, relever la position du centre du ballon toutes les 2 images.
Utilisation d’Excel :
Enregistrement des valeurs sur le tableur Excel :
Suivre la procédure :
1 ) Cliquer sur Fichiers / Mesures / Copier dans le presse papier / Le tableau / OK .
Copier aussi la trajectoire.
2 ) Ouvrir une session avec Excel . Clic droit / Coller. Les valeurs apparaissent.
Enregistrer le fichier sous le nom que vous désirez dans : votre dossier personnel, dans la boite de votre classe.
Travail sur les valeurs : le ballon de basket a une masse m = 700g.
3 ) Dans de nouvelles colonnes, déterminer les vitesses Vx (suivant l’axe Ox), Vy (suivant l’axe Oy),les énergies
cinétiques Ec(x) , Ec(y), Ec(totale) = Ec(x) + Ec(y) (on expliquera pourquoi), l’énergie potentielle de pesanteur Epp,
l’énergie mécanique Em = Ec+ Epp.
4 ) Tracer sur le même graphique les différentes énergies Ec(totale), Epp et Em (placées suivant l’ordonnée) en fonction
du temps t (placé en abscisse).
5 ) Montrer l’aperçu avant impression au professeur.
6 ) Combien de phases différentes du mouvement apparaissent ? Décrire l’évolution de ces énergies au cours du temps
pour chacune de ces phases (préciser si l’énergie mécanique est conservée ou non).
7 ) Travail à la maison : pour chaque phase du mouvement, réaliser un diagramme de transfert d’énergie (le système
considéré étant le ballon en interaction avec la terre).
II) Le mouvement d’une fusée A4 au décollage.
Utilisation d’Aviméca :
Charger la vidéo et visualiser le clip vidéo : V2 soviet.avi.
1 ) Utiliser un agrandissement « Echelle adaptée »
2 ) Imposer la position des axes : l’origine sera placé au sommet de la fusée à partir de l’image n°20.
(qui jouera le rôle d’origine des altitudes et des énergies potentielles).L’axe vertical Oy sera dirigé vers le haut.
3 ) Imposer l’échelle à partir du tableau de données ci dessous..
4 ) Mesures : réaliser la saisie à partir de l’image n°20, relever la position de l’extrémité du nez de la fusée toutes les 5
images.
Utilisation d’Excel :
Enregistrer les valeurs sur Excel, copier la trajectoire et enregistrer le fichier dans votre dossier personnel ou sur le
bureau.
Travail sur les valeurs :
On considérera que au cours des quelques secondes
filmées :
la masse de la fusée A4 ne varie pas
l’interaction avec l’air est négligeable devant les
autres forces (vue la faible vitesse ) .
Caractéristiques
Longueur totale (m)
17
Masse (tonnes)
12,8
Poussée (N)
307000 *
Les caractéristiques de cette fusée sont regroupées dans le tableau ci contre. La dernière (la poussée) est celle qu’on
cherche à retrouver à partir de la vidéo)
1 ) Dans de nouvelles colonnes, déterminer la vitesse Vy (suivant l’axe Oy),les énergies cinétiques Ec(y) = Ec(totale),
l’énergie potentielle de pesanteur Epp, l’énergie mécanique Em = Ec+ Epp.
2 ) Tracer sur le même graphique les différentes énergies Ec, Epp et Em (placées suivant l’ordonnée) en fonction du
temps t (placé en abscisse).
3 ) Montrer l’aperçu avant impression au professeur.
4 ) L’énergie mécanique ne se conserve pas, décrire ses variations.
La poussée (force exercée par les gaz d’échappement de la combustion) apparaît constante.
Comment le voit on à partir de la courbe où l’énergie mécanique est portée en abscisse et la distance parcourue en
ordonnée ? Déterminer à partir de la courbe la valeur de la poussée.
5 ) Travail à la maison : réaliser un diagramme de transfert d’énergie (le système considéré étant la fusée en interaction
avec la terre).
* Renseignements trouvés sur : http://www.fas.org/nuke/guide/russia/theater/r-1.htm
II) Le mouvement d’une fusée A4 au décollage.
Utilisation d’Aviméca : Après avoir charger la vidéo et visualiser le
clip vidéo : V2 soviet.avi, utiliser un agrandissement de 73 %,
imposer la position des axes : origine placé au sommet de la fusée à
partir de l’image n°20 (qui joue le rôle d’origine des altitudes et des
énergies potentielles), axe vertical Oy a été dirigé vers le haut,
imposer une échelle à partir du tableau de données ci-dessous on
obtient les mesures réalisées à partir de l’image n°20, relevée à partir
la position de l’extrémité du nez de la fusée toutes les 5 images.
Sur Excel, les données ont étée regroupées dans le tableau suivant :
Pointages AviMéca
image
n°
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
t
s
0,76
0,96
1,16
1,36
1,56
1,76
1,96
2,16
2,36
2,56
2,76
y
m
0
1,7
4,9
7,9
11,3
15,3
20,4
25,5
31,7
38,0
45,1
Vy
m/s
Vy
km/h
v2
Epp (J)
J
Ec (J)
J
Em (J)
J
Travail sur les valeurs :
La masse de la fusée A4 ne varie pas au cours des
quelques secondes filmées.
Les données sont regroupées dans le tableau ci
contre.
La dernière (la poussée) est celle qu’on cherche à
retrouver à partir de la vidéo)
Caractéristiques
Longueur totale (m)
17
Masse (tonnes)
12,8
Poussée (N)
307000 *
1 ) Dans les colonnes correspondantes, déterminer la vitesse Vy (suivant l’axe Oy),les énergies cinétiques Ec(y) =
Ec(totale), l’énergie potentielle de pesanteur Epp, l’énergie mécanique Em = Ec+ Epp.
2 ) Tracer sur le même graphique les différentes énergies Ec, Epp et Em (placées suivant l’ordonnée) en fonction du
temps t (placé en abscisse).
3 )L’énergie mécanique ne se conserve pas, décrire ses variations.
La poussée (force exercée par les gaz d’échappement de la combustion) apparaît constante.
Comment le voit on à partir de la courbe : où l’énergie mécanique est portée en abscisse et la distance parcourue en
ordonnée ? Déterminer à partir de la courbe la valeur de la poussée.
4 ) Travail à la maison : réaliser un diagramme de transfert d’énergie (le système considéré étant la fusée en interaction
avec la terre).
* Renseignements trouvés sur : http://www.fas.org/nuke/guide/russia/theater/r-1.htm