Laboratoire 3

Mécanique NYA
Laboratoire 3-H11
Laboratoire 3
Application de la 2e loi de Newton
1- But
Analyser le système mécanique de deux corps en mouvement et déterminer l’accélération
de celui-ci. (À reformuler pour votre rapport, en incluant le moyen.)
2- Matériel
-
1 plan incliné
1 chariot
1 système d'injection d'air
1 poids tracteur (masse suspendue)
1 rapporteur d’angle
1 système d’acquisition de données
3- Montage
Sur le rail, le chariot, de masse M, est
mis en mouvement par la masse
suspendue m.
Un système d’acquisition de données, par l’intermédiaire de la poulie qui
tourne, permet d’obtenir la position du chariot en fonction du temps.

4- Manipulations
4.1
Placer le plan en position inclinée (environ 20° par rapport à l’horizontale).
4.2
Utiliser une masse m comme poids tracteur.
4.3
Effectuer un enregistrement de la position du mobile en fonction du temps à l’aide du
système d’acquisition de données:
 Dans le logiciel Science Workshop, double cliquer sur le bouton Rec lorsque vous
êtes prêts à lâcher le chariot.
 Cliquer sur Stop une fois l'enregistrement complété.
 Sélectionner la fenêtre de données.
 Sauver les données dans un fichier texte par la commande Export Active Display
du menu File.
4.4
Noter toutes les grandeurs nécessaires pour déterminer l’accélération théorique du
système et son incertitude :
m=
M=
=
5- Traitement informatique
5.1
Ouvrir Excel puis ouvrir le fichier .txt de votre clé USB qui contient les données
enregistrées par le système d’acquisition.
5.2
En utilisant la fonction « chercher et remplacer », remplacer tous les points du fichier
texte en virgules.
5.3
Ouvrir le document plan_incline.xls se trouvant dans le CVM virtuel.
1
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5.4
Copier la colonne temps (seulement 40 données du milieu) dans ce fichier Excel à
l’endroit (jaune) approprié.
5.5
Copier la colonne position (seulement les 40 données correspondant aux 40 données
du temps) à l’endroit (jaune) approprié.
5.6
Remplacer les cases jaunes par l’information appropriée (respecter les unités déjà
indiquées dans les tableaux).
5.7
Il faut, sur des feuilles séparées, faire tracer :

Un graphique de la position en fonction du temps qui permet de vérifier le type de
mouvement en jeu.

Un graphique de la vitesse instantanée en fonction du temps (calculé à partir des
déplacements entre chaque mesure et des intervalles de temps correspondant).
Attention, il faut inclure les barres d’incertitude absolue sur la vitesse.
6- Rapport simplifié
Le rapport doit seulement contenir :
-
But (version améliorée)
-
Cadre théorique et méthodologique :
o Démontrer le calcul théorique de l’accélération du chariot pour un angle
d’inclinaison  quelconque. Pour cela, utiliser la méthode complète de résolution
de problèmes (schéma de la situation, système d’axes, diagramme des forces sur
chacun des corps, etc.) et donner l’équation analytique de l'accélération
théorique (athéo) en fonction de m, M et .
-
Mesures, calculs et résultats :
o Fournir les tableaux et graphiques de votre fichier Excel. Il faut toujours donner un
exemple de calcul pour chaque colonne d’un tableau.
o
À partir du graphique de la vitesse en fonction du temps, tracer la droite qui
passe le mieux par l’ensemble des points expérimentaux puis, à l’aide de cette
droite, calculer la valeur de l’accélération expérimentale (a exp).
o
À partir de vos valeurs expérimentales de m, M, et
l’accélération théorique (athéo) de la situation.
o
Calcul d’incertitudes :
, calculer la valeur de

Pour calculer l’incertitude sur la valeur de a exp , calculer aexp min et aexp max
en traçant les droites qui passent par les valeurs extrêmes des points
expérimentaux. Utiliser ensuite la méthode des extrêmes.

La valeur de athéo n’est pas tout à fait une valeur théorique. Bien que
l’expression provienne d’une analyse théorique, le calcul numérique est
basé sur des valeurs mesurées (m, M et ). Ces valeurs ne sont pas
connues avec une précision infinie; nous ne pouvons connaître leur valeur
exacte. Cependant, il nous est possible de trouver le domaine à l’intérieur
2
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duquel se trouve chacune des vraies valeurs. Utiliser la méthode des
extrêmes pour calculer l’incertitude absolue sur athéo sachant que :
g  9,80 m/s 2 ;
m
M
 1,0 % ;
 1,0 % ;   1
m
M
et en utilisant l’équation analytique démontrée dans la partie « cadre
théorique ».
-
Analyse
A1- Selon la forme de la courbe de la position en fonction du temps, de quel type
de mouvement s’agit-il ? Commenter.
A2- La courbe de la vitesse en fonction du temps confirme-t-elle votre réponse
précédente ? Commenter.
A3- Au moyen de leurs domaines d’incertitude, comparer les valeurs de
l’accélération théorique et l’accélération expérimentale obtenues.
-
Discussion
D1- À quoi peut être dû l'écart entre aexp et athéo
D2- Si on ajoute du frottement cinétique au calcul théorique, quel coefficient de
frottement cinétique faudrait-il avoir pour que athéo soit égal à aexp ?
D3- Si la masse du chariot était nulle, quelle serait alors l’équation théorique de
l’accélération de m ? À partir de cette analyse, la valeur d’accélération
expérimentale obtenue dans ce laboratoire est-elle logique ?
Critères d’évaluation pour ce rapport
Critères
But
Points
/1
Cadre théorique et méthodologie
Démonstration du calcul de athéo
/4
Mesures, calculs et résultats
Données
Exemple de calculs
Graphiques (position et vitesse)
a exp (trace de la démarche sur le graphique, calcul et valeur )
a théo (calcul et valeur à partir de l’équation développée dans le cadre
théorique)
Incertitudes (calculs, chiffres significatifs)
Analyse
A1
A2
A3
Discussion
D1 (Au moins trois raisons)
D2
D3
Clarté du rapport
Numérotation des pages, clarté des étapes
Français : -1% par faute
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