Vérification de la 2ème loi de Newton

Vérification graphique de la 2ème loi de Newton (TP)
1-Description de la manipulation et objectif du TP:
Un mobile autoporteur se déplace sans frottements sur une table horizontale .Il est relié par
un ressort R à un point fixe O.
On donne : masse de l’objet : 200g ; raideur du ressort : k=20,0N.m-1.
Lorsque le ressort est horizontal mais non tendu (ressort « à vide »), le point G est à 10 cm de
O.(figure 1).
Le mobile est lancé horizontalement dans une direction quelconque. En se déplaçant le mobile
est soumis à la tension du ressort, force variable en direction et valeur (figure 2).
Un dispositif de marquage par étincelage électrique, placé au centre et sous le mobile inscrit
la position du centre tous les 1/50ème de seconde : l’intervalle de temps entre deux pointages
successifs est donc : =20ms.
Les points décrivent une trajectoire curviligne (voir son tracé ci-dessous).
Il s’agit de montrer qu’à tout instant, la relation vectorielle de Newton se vérifie, soit :


F
ext

m
.
a

G
2-Protocole expérimental :
Un diaporama facilite sa compréhension. Pour y accéder cliquer sur le lien :
Diaporama construction graphique
Distribuer une copie de l’enregistrement de format A4 aux participants.
(Autre méthode possible :les points peuvent être reportés sur un calque placé sur l‘écran d’un
ordinateur. Les points sont ensuite reportés sur une feuille blanche par les élèves sur le
carreau de la salle de classe)
Se munir d’un crayon fin, d’une règle graduée et éventuellement d’un compas.
On choisira par exemple de représenter le vecteur accélération moyenne au point 10:



v11  v9
a10 
t11  t9


Evaluer les valeurs des vitesses v11 et v9, construire les vecteurs v11 et v9
vecteur somme :
 

v  v11  (v9 )
ainsi que le
(avec le compas).en respectant une échelle choisie.

Calculer ensuite la valeur de l’accélération a10  v /( t ) et construire le vecteur a10
Echelles conseillées :pour les vecteurs vitesse : 1cm  0,20 m.s-1 , pour les vecteurs
accélération : 1 cm  2 m.s-2
Mesurer l’allongement l=(l-lo) du ressort au point 10 et en déduire la valeur de la force :
F10.=k.L10 .
Faire le bilan des forces qui s’exercent sur le mobile en supposant les frottements nuls.


Tracer le vecteur F10 / m et le comparer au vecteur a10 .
Faire une construction de principe identique en deux autres points de la trajectoire.
Remarque : l’échelle de l’enregistrement de la trajectoire ci-dessous sera déterminée sachant
que la distance réelle O M11 est égale à 24,4cm.
Vous pouvez consulter la correction en cliquant sur le lien ci-dessous :
Vérification 2éme loi de Newton (correction TP)