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Physique – UAA3
AUTEURS : Philippe Capelle et Philippe Godts
Fiche d’expérience 5bis
Influence de la vitesse sur l’énergie cinétique1
Description générale
Montrer comment varie l’énergie cinétique d’un chariot en fonction de la vitesse qu’il acquiert.
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Préalablement à cette expérience, les élèves pourraient réaliser l’expérience ME 6.1
(PHYWE) pour découvrir la notion de vitesse.
Les élèves connaissent le principe de conservation de l’énergie mécanique : ils savent que
dans un mouvement, de l’énergie potentielle peut se convertir en énergie cinétique en
respectant la conservation de l’énergie mécanique. Ils savent calculer une énergie potentielle,
ils ignorent la dépendance de l’énergie cinétique avec le carré de la vitesse.
Matériel
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Ensemble du matériel repris pour la manipulation ME 6.6 (PHYWE) 2
Mètre
Procédure
1. Réaliser le montage selon la figure 1.
1
Figure 1.
Avec le système avec marqueur de temps/bandelette de la boîte TESS ME3 de PHYWE.
2
Des frottements variés apparaissent dans cette expérience. Il importe de les minimiser en utilisant un fin fil de pêche et des
pièces mobiles (chariot, poulie) présentant un minimum de frottement.
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Placer le poids de 50 g sur l’axe central du chariot.
Brancher le marqueur de temps sur la source de tension (6V CA).
Placer le chariot sur le rail et y accrocher la bande enregistreuse.
Placer le chariot près du marqueur de temps (extrémité 1) et le lancer de manière modérée sur le
rail.
6. Utiliser la vis de réglage du rail pour faire en sorte que le chariot lancé se déplace à vitesse
constante (au besoin, utiliser un support pour surélever le rail).
7. Réaliser une boucle à l’extrémité d’une longueur de fil de pêche (environ 2 m) et y accrocher le
porte-poids avec 3 poids de 1 g (masse totale 4 g) : cette masse correspond à la force de traction.
2.
3.
4.
5.
8. Poser le chariot sur le rail à 50 cm de l’extrémité 1 du rail (voir figure 2) et l’immobiliser si
nécessaire.
9. Placer le fil sur la poulie de façon que le porte-poids touche tout juste le sol. Coller le fil sur le
chariot.
10. Placer le chariot à 40 cm de l’extrémité 1 du rail (voir figure 2) : le chariot va accélérer sur une
distance de s = 10 cm.
11. Appuyer sur le bouton du marqueur de temps et lâcher le chariot.
12. Arrêter le chariot au bout de la piste (!). Eteindre le marqueur de temps et enlever la bande
enregistreuse.
13. Réaliser les mesures sur la bande enregistreuse.
 Repérer le point zéro, premier point isolé sur la bande enregistreuse (voir figure 3).
 Marquer le point final E de l’accélération (fin de l’action de la force de traction) après = 10
cm.
 Marquer le 10e point après le point E. Mesurer la distance s.
 Calculer la vitesse du chariot après le point E.
14. Déterminer la masse du chariot, la masse qui est accrochée au fil et la masse totale.
15. Calculer l’énergie potentielle du système au départ.
16. Calculer l’énergie cinétique du système après l’accélération.
17. Noter dans un tableau les valeurs de la vitesse et de l’énergie cinétique.
18. Reprendre les points 10 à 18 pour des distances d’accélération s = 20, 30 puis 40 cm.
Exemples de résultats
s
Epot
v
Ecin
(cm)
(mJ)
(m/s)
(mJ)
Masse accélératrice : mlest = 4 g
10
4
0,28
4
Masse totale : m = 104 g
20
8
0,39
8
30
12
0,48
12
40
16
0,57
16
Masse du chariot : mchariot = 100 g
Traitement des résultats
1. Découvrir la relation entre l’énergie cinétique et la vitesse (calculer des constantes, tracer des
graphiques …).
2. Identifier à quelle grandeur correspond la constante trouvée.
Développements attendus principalement visés
A2, A3, T1
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