PRESENTATION Chap 15

Chap. 15 : Force et
mouvement dans le sport.
1) De l’action mécanique à sa modélisation
1.1. Quelles sont les actions mécaniques qui
agissent sur un système ?
Doc 1. : Exemple : le
mouvement du ballon est
modifié par l’action
…
du pied du footballeur.
.
Mais ce n’est pas la
seule action mécanique
….
Le système étudié est : { le ballon }
Tout ce qui ne constitue pas …
Quelles sont toutes les actions mécaniques exercée par
l’extérieur sur le ballon ?
Quelles sont toutes les actions mécaniques exercée par
l’extérieur sur le ballon ?
Les actions mécaniques à
prendre en compte …
Action à distance
Action de contact
Terre


Sol

Pied
Système étudié
{ le ballon }
Doc. 2.

Air
Extérieur
1.2. Modélisation des actions mécaniques
Une action mécanique est modélisée par …
Une force est caractérisée par …
FSol/ballon
On néglige
maintenant les
frottements et
effet de l’air.
FPied/ballon
P = FTerre/ballon
Remarque importante : …
Activité 1 : Refaire une étude similaire pour ce voilier.
F1Mer/Voilier = Poussée
FAir/Voilier
d’Archimède
FMer/Voilier
P
F2Mer/Voilier=frottements
2) Effet d’une force sur le mouvement
2.1. Les différents effets
Doc. 4 : Effets d’actions mécaniques :
Mise en mouvement
2) Effet d’une force sur le mouvement
2.1. Les différents effets
Doc. 4 : Effets d’actions mécaniques :
Modification du mouvement
(vitesse et/ou trajectoire)
2) Effet d’une force sur le mouvement
2.1. Les différents effets
Doc. 4 : Effets d’actions mécaniques :
Arrêt du mouvement
2) Effet d’une force sur le mouvement
2.1. Les différents effets
Doc. 4 : Effets d’actions mécaniques :
Déformation
2.2. Influence de la masse
Activité 2 : Effet d’une force sur le mouvement d’un
système de masse différente.
Des chiens de traineau doivent tirer des attelages de
masses différentes. Quelle est l’influence d’une
augmentation de la masse m de l’attelage sur la vitesse v
atteinte sur une distance D ?
Pour modéliser cette situation, on a filmé le dispositif suivant sur un banc à
coussin d’air :
Le mobile peut glisser sur le banc à coussin d’air sans frottements comme le
traineau sur la glace.
{ Mobile }
 Quel est le système étudié, symbolisant l’attelage ?
 Quel est le référentiel d’étude ?
Terrestre
 Quelles sont les forces « extérieures » s’exerçant sur ce système ? Les
représenter sans soucis d’échelle.
FBanc/mobile = R
FFil/Mobile = F
P
10,0 g
FNeige/traineau = R
P
FChiens/traineau = F
FBanc/mobile = R
FFil/Mobile = F
P
10,0 g
t
s
0
0.04
0.08
0.12
0.16
0.2
0.24
0.28
0.32
0.36
0.4
0.44
0.48
0.52
0.56
0.6
0.64
0.68
0.72
0.76
0.8
0.84
0.88
0.92
0.96
1
1.04
1.08
1.12
1.16
1.2
1.24
x
m
0
0.004706
0.01176
0.01882
0.02824
0.04
0.05412
0.07059
0.08941
0.1106
0.1365
0.1576
0.1882
0.2188
0.2518
0.2824
0.3224
0.36
0.4047
0.4471
0.4941
0.5412
0.5929
0.6447
0.7012
0.76
0.8165
0.8753
0.9318
0.9882
1.049
1.101
y
m
0
0.002353
0.002353
0.002353
0.002353
0.004706
0.004706
0.004706
0.004706
0.004706
0.004706
0.004706
0.004706
0.004706
0.004706
0.004706
0.002353
0
0.002353
0.002353
0.002353
0.002353
0
0
0
0
0.002353
0
0
0.002353
0.002353
0
v
m.s-1
0.1471
0.1765
0.2059
0.2647
0.3235
0.3824
0.4412
0.5
0.5882
0.5882
0.6471
0.7647
0.7941
0.7941
0.8824
0.9706
1.029
1.088
1.118
1.176
1.235
1.294
1.353
1.441
1.441
1.441
1.441
1.412
1.471
1.412
x (m)
1,8
1,6
x avec m = 51,06 g
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
x avec m = 71,06 g
0,2
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
t (s)
v (m.s-1 )
-
1.4
1.2
1
m=51.06 g
0.8
m=71.06 g
0.6
0.4
0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
x (m)
2) Principe d’inertie
Activité 3 :
Lien vers fichier doc « La partie de pétanque de Galilée ».
La partie de pétanque... de Galilée !
Une boule de pétanque finit toujours par s'arrêter. Pourtant, en 1632, dans Dialogue sur
les deux grands systèmes du monde, galilée a expliqué qu'un mouvement pourrait être
éternel. Dans quelles conditions un mouvement peut-il être rectiligne uniforme ?
Dans Dialogue sur les deux grands systèmes du monde, GALILÉE utilise le personnage
de Salviati pour présenter ses propres idées novatrices face à Simplicio qui défend les
idées plus traditionnelles de l'époque.
Salviati. Dites-moi, supposez une surface plane, polie comme un miroir, faite d'un matériau dur
comme l'acier, et qui ne soit pas parallèle à l'horizon, mais légèrement inclinée. Vous posez dessus
une bille parfaitement sphérique, d'un matériau lourd et très dur. Si vous lâchez la bille, que
croyez-vous qu'elle fera ? Pensez-vous qu'elle restera immobile ?
Simplicio. Je ne crois pas qu'elle va rester immobile ; au contraire, je suis sûr que spontanément
elle ira dans le sens de la pente.
Salviati. Et jusqu'à quand la bille roulera-t-elle ? Comment évoluera sa vitesse ? Remarquez bien
que je parle d'une bille parfaitement ronde sur une surface parfaitement lisse afin de négliger
tous les obstacles possibles et faire abstraction de la résistance de l'air.
Simplicio. J'ai compris. À votre question, je réponds que cette bille continuera à se déplacer à
l'infini, pourvu que la surface s'étende ainsi. Et son mouvement sera continuellement accéléré.
Salviati. Supposons maintenant qu'on veuille que la bille remonte la pente. Le
pourra-t-elle ?
Simplicio. Pas spontanément ; elle n'ira vers le haut que si on la lance, et son
mouvement ralentira.
Salviati. Donc, vous avez décrit les mouvements de la bille dans deux situations
différentes : vous dites que sur le plan incliné vers le bas, la vitesse de la bille augmente
constamment ; mais que sur le plan incliné vers le haut, sa vitesse diminue... Alors ditesmoi : qu'arriverait-il à la bille sur une surface horizontale ?
Simplicio. Ici il faut que je réfléchisse. Puisqu'il n'y a pas de pente vers le bas, il ne peut y
avoir d'accélération, et, puisqu'il n'y a pas de pente vers le haut, il ne peut y avoir non
plus de ralentissement. Il me semble par conséquent que la bille devrait naturellement
rester arrêtée.
Salviati. Je suis d'accord avec vous pourvu que la bille soit posée à l'arrêt sur le plan.
Mais si on lui donnait de l'élan dans une certaine direction sur cette surface horizontale,
que se produirait-il ?
Simplicio. Elle irait dans cette direction.
Salviati. Mais comment serait son mouvement ? Accéléré comme sur le plan incliné vers le bas,
ou bien ralenti comme sur le plan incliné vers le haut ?
Simplicio. Comme la surface n'est pas inclinée, je ne vois aucune cause d'accélération ni de
ralentissement.
Salviati. En effet, et donc si rien ne cause l'accélération ou le ralentissement de la bille, elle
roulera à vitesse constante. Mais alors, pendant combien de temps estimez-vous qu'elle
continuera à se déplacer si elle ne ralentit pas ?
Simplicio. Aussi longtemps que durera cette surface qui ni ne s'abaisse ni ne s'élève.
Salviati. Par conséquent, si la surface était infinie, le mouvement serait éternel ?
Simplicio. En effet, c'est ce qu'il me semble.
1. Selon Galilée, comment évoluera la vitesse et quelle sera la
trajectoire d'une boule lancée sur une surface parfaitement
horizontale et lisse ?
Le mouvement est alors …
2. D'après GALILÉE, que peut-on dire des forces extérieures exercées sur
une boule lancée sur un plan horizontal ? Citer ces forces et en
proposer une schématisation.
2. D'après GALILÉE, que peut-on dire des forces extérieures exercées sur
une boule lancée sur un plan horizontal ? Citer ces forces et en
proposer une schématisation.
R
P
2. D'après GALILÉE, que peut-on dire des forces extérieures exercées sur
une boule lancée sur un plan horizontal ? Citer ces forces et en
proposer une schématisation.
R
P
Pour ce mouvement rectiligne et uniforme, les forces
extérieures se …
3. Pourquoi, dans la réalité, une boule lancée sur un plan horizontal va-t-elle
ralentir puis s'arrêter ?
3. Pourquoi, dans la réalité, une boule lancée sur un plan horizontal va-t-elle
ralentir puis s'arrêter ?
R
P
f
Les forces extérieures se compensent-elles ?
Les forces extérieures se compensent-elles ?
Les forces extérieures se compensent-elles ?
R
P + R
P
Les forces extérieures se compensent-elles ?
Les forces extérieures se compensent-elles ?
Les forces extérieures se compensent-elles ?
R
P + R
P
Les forces extérieures se compensent-elles ?
4. Enoncer le principe d’inertie
Activité 4 : Le système étudié est-il immobile ou en mouvement
rectiligne et uniforme ? Les forces se compensent-elles ?
P
Système étudié
{sauteur}
Mouvement
rectiligne ou immobilité
Non, parabolique et
accéléré.
Forces se compensent
Non
Activité 4 : Le système étudié est-il immobile ou en mouvement
rectiligne et uniforme ? Les forces se compensent-elles ?
R
P
Système étudié
{Palet}
Mouvement
rectiligne ou immobilité
Oui, rectiligne et uniforme.
Forces se compensent
Oui
Activité 4 : Le système étudié est-il immobile ou en mouvement
rectiligne et uniforme ? Les forces se compensent-elles ?
F
P
Système étudié
{balle}
Mouvement
rectiligne ou immobilité
Non, parabolique.
Forces se compensent
Non
Activité 4 : Le système étudié est-il immobile ou en mouvement
rectiligne et uniforme ? Les forces se compensent-elles ?
T
R
P
Système étudié
{Alpiniste}
Mouvement
rectiligne ou immobilité
Oui, immobilité.
Forces se compensent
Oui
Activité 4 : Le système étudié est-il immobile ou en mouvement
rectiligne et uniforme ? Les forces se compensent-elles ?
R
f
P
Système étudié
{skieur}
Mouvement
rectiligne ou immobilité
Oui, rectiligne et uniforme.
Forces se compensent
Oui
Activité 4 : Le système étudié est-il immobile ou en mouvement
rectiligne et uniforme ? Les forces se compensent-elles ?
R
P
Système étudié
{voiture}
Mouvement
rectiligne ou immobilité
Oui, immobilité.
Forces se compensent
Oui
R
Activité 4 : Le système étudié est-il immobile ou en mouvement
rectiligne et uniforme ? Les forces se compensent-elles ?
Système étudié
{sonde}
Mouvement
rectiligne ou immobilité
Oui, rectiligne et uniforme.
Forces se compensent
Oui car pas de force !
Activité 5 : Afin de mieux comprendre, observons ces 2 personnages :
Afin de mieux comprendre, observons ces 2 personnages :
Sport préféré :
Sport préféré :
La course à pied !
La chasse au Bip Bip !
Analysons cette situation :
STOP : Que va-t-il se passer ?
Pour modéliser les trajectoires de ces personnages, réaliser la vidéo
d’une bille dont la trajectoire leur sera comparable.
Une notice décrivant les principales fonctions permettant de
réaliser cette vidéo a été distribuée.
Cette vidéo sera ensuite analysée avec le logiciel « REGAVI » puis
les résultats obtenus seront traités avec le logiciel
« REGRESSI ».
Pour modéliser les trajectoires de ces personnages, réaliser la vidéo
d’une bille dont la trajectoire leur sera comparable.
Choisir de représenter x = f(t).
Que constate-t-on ? Que peut-on dire de l’accroissement Dx pendant un
accroissement de temps Dt ? Que peut-on en déduire pour la vitesse vx selon l’axe
x’x ? Qualifier le mouvement selon l’axe x’x dans le référentiel terrestre.
Trouver la valeur de la vitesse vx selon l’axe x’x par une modélisation (cliquer sur
l’onglet à gauche de l’écran puis sur l’icône dans la fenêtre qui s’ouvre.
x (m)
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
t (s)
Choisir de représenter maintenant y = f(t).
Que constate-t-on ? Que peut-on dire de l’accroissement Dy pendant un accroissement
de temps Dt (on distinguera deux cas) ? Que peut-on en déduire pour la vitesse vy selon
l’axe y’y ? Qualifier le mouvement selon l’axe y’y dans le référentiel terrestre.
y (m)
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
t (s)
IV. Etude des forces s’exerçant sur
cette bille :
En négligeant les frottements et les actions
de l’air, représenter les forces sur le
schéma ci-contre s’exerçant sur cette bille,
lorsqu’elle est en contact avec le rail, puis
lors de sa chute.
Lorsque cette bille est en contact avec le rail,
comment peut-on qualifier son mouvement ? Que
peut-on dire des forces qui s’exercent sur ce
système {bille} dans le référentiel terrestre ?
Lorsque cette bille est entrain de chuter, comment
peut-on qualifier son mouvement ? Que peut-on
dire des forces qui s’exercent sur ce système
{bille} dans le référentiel terrestre ?
Enoncé du principe d’inertie :
FRail/bille
=R
P
P
Revenons à cette situation :
STOP : Que va-t-il se passer ?