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203-006 Laboratoire no 5 : travail Cours 203-006 Nom des élèves : 1 Laboratoire n°5 ...................................................................... Note : ....................... ...................................................................... Introduction. Une machine simple est un appareil simple utilisé pour diminuer la force nécessaire pour effectuer un travail. Les palans, les leviers et les plans inclinés sont des machines simples. Dans ce laboratoire nous allons étudier le plan incliné avec la notion de travail. But Comparer le travail de la force nécessaire pour monter un chariot sur un plan incliné au travail effectué par la force nécessaire pour monter la même masse directement, sans machine simple. Théorie W(F) = F. d cos W(F) : travail fait par F (J) F (N) d m Ep = m g h P=mg : intensité de la force F : intensité du déplacement d : angle entre F et d : masse d’un corps qui est déplacé. (o) (kg) Ep : variation de son énergie potentielle gravitationnelle. (J) g : accélération gravitationnelle (= 9,8N/kg) h P m g : variation de hauteur de ce corps. : force gravitationnelle (poids) : masse : accélération gravitationnelle (= 9,8 N/kg) Matériel Un plan incliné avec une poulie Un chariot munie d’une ficelle Un rapporteur d'angle Une règle de 1 m (m) Une balance Un ensemble de masses (500 g, 100 g) Un ensemble de dynamomètres (pesons) (m) (N) (kg) (m/s2) 203-006 Laboratoire no 5 : travail 2 Schémas et légende v = constante dynamomètre L ajout mc h Diagramme des forces pour monter le chariot le long du plan incliné N Pour lever le chariot directement suivant la verticale Fm FR fr P= Mg P= Mg Légende : : angle d’inclinaison du plan mc : masse du chariot vide M : masse du chariot avec sa charge g : accélération gravitationnelle (= 9,80 m/s2) P : poids du chariot avec sa charge Fm : force motrice minimale pour faire monter « M » à vitesse constante le long du plan fr : force de frottement s’exerçant sur le chariot N : force normale exercée par le plan sur les roues du chariot FR : force résistante minimale pour lever le chariot directement suivant la verticale 203-006 Laboratoire no 5 : travail 3 Remarques : Concernant la présentation du rapport : - Remettre un rapport par équipe de deux élèves au plus tard au début (= dans les 5 premières minutes) de la prochaine période de laboratoire. Celui-ci doit être constitué de ce texte complété. Ne pas hésiter à venir me rencontrer en dehors des périodes de cours. - Soigner votre présentation en prêtant particulièrement attention à la qualité du français. Cela compte pour 10% des points attribués à chacun des laboratoires. Un dictionnaire est disponible au département. Utiliser au besoin le centre d’aide en français. Concernant les calculs à effectuer : - Écrire l'équation mathématique qui va servir au calcul. - Effectuer les conversions nécessaires pour calculer dans le système SI. - Avant de procéder au calcul, remplacer les valeurs connues dans l'équation sans faire aucune transformation ni calcul, puis écrire le résultat non arrondi avec l'unité. - Réécrire le résultat final en utilisant une écriture tout en arrondissant pour respecter la précision réelle du résultat (conserver un seul chiffre douteux) Étapes 1 2 3 4 Mesurer la masse du chariot vide: mc =....................................... Calculer en unité SI, le poids « P » total du chariot plus une charge de 100 g et rédiger la présentation de ce calcul (prendre g = 9,80 N/kg) : P = ........................................ Installer le plan à un angle « » d'environ 40 ° avec l'horizontale et mesurer avec un rapporteur d’angle sa valeur précise = ........................................ Calculer, par une méthode trigonométrique, la longueur « L » du plan incliné nécessaire pour faire monter le chariot d’une différence de hauteur h = 20,0 cm (Faire un dessin explicatif de l’opération trigonométrique). (Vérifier votre résultat par une mesure directe de « h ») L = ........................................ 203-006 Laboratoire no 5 : travail 5 6 7 8 9 4 Mesurer, la force motrice « Fm » minimale nécessaire pour faire monter le chariot et sa charge à vitesse constante le long du plan. Fm = ...................................... Calculer en unité SI, « Wm», le travail moteur effectué par la force motrice « Fm », sur le trajet correspondant à la longueur « L » du plan. Wm = .................................... Calculer en unité SI , « WR », le travail résistant effectué par la force « FR » nécessaire pour vaincre directement la pesanteur en soulevant cette même masse de la même hauteur « h ». WR = .................................... Calculer, en unité SI, la variation de l’énergie potentielle « EP » du chariot lorsqu'il monte de cette hauteur « h » : EP = ................................... Comparer le travail moteur et le travail résistant. (Calculer le pourcentage d’écart entre Wm W R 100% ) Wm et WR = Wm Wm W R Wm 100% = ............. 10 Reprendre les mêmes opérations 1 à 9 de façon à compléter le tableau suivant pour les valeurs indiquées. 203-006 Laboratoire no 5 : travail 5 Tableau des mesures et des calculs (mc+0,200 kg) Unité SI Essai 1 mc (masse du chariot vide) M (masse totale) P (Poids total) (Inclinaison du plan) h (variation de hauteur) (°) (m) (m) Wm (Travail moteur pour monter (J) M) EP (Variation d’énergie potentielle gravitationnelle) (J) (J) % d’écart Wm WR 100 Wm ( 10°) (N) Fm WR Essai 4 (kg) (Force motrice pour monter (N) M) (Travail résistant à vaincre) ( 20°) (mc+0,500 kg) Essai 3 (kg) L (Longueur nécessaire pour monter de h) ( 40°) Essai 2 (%) 0,200 ( 40°) Essai 5 ( 20°) Essai 6 ( 10°) 203-006 Laboratoire no 5 : travail Discussion (Répondre à chacune des questions suivantes.) 1- Quel(s) paramètres(s) du tableau le frottement a-t-il affecté? Préciser de quelle façon (augmenter ou diminuer) il l’a fait. ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... 2- Si et h ne changent pas, quelle est l'influence d’une diminution de « M », la masse totale du corps à soulever? (Choisir l’une des réponses suivantes : fait augmenter, fait diminuer ou aucune influence) a) sur le travail résistant? ....................................................................................................... b) sur le travail moteur? ......................................................................................................... c) sur la force de frottement? ................................................................................................. 3- Si M et h ne changent pas, quelle est l'influence d’une diminution de « », la pente du plan incliné? a) sur le travail résistant? ....................................................................................................... b) sur le travail moteur? ......................................................................................................... c) sur la force de frottement? ................................................................................................. 5- Quels sont les avantages d’utiliser un plan incliné pour monter une charge? Justifier votre réponse. ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... 6- Quels sont les inconvénients d’utiliser un plan incliné pour monter une charge? Justifier votre réponse ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ********************************************** M .L.* 6
