TP seconde Mécanique. I) But du TP. Etudier l’influence de quelques paramètres sur le mouvement : vitesse, angle, masse . . . a) Influence de la masse sur la chute libre. On a la situation suivante : Il n’y a pas de vitesse initiale. Référentiel : terrestre Système : la pomme Bilan des forces : r P Uniquement le poids P -vertical -vers le bas - P = m × g = 0,180 × 9,8 = 1,8 N. On fait partir le vecteur force du centre de gravité G de la pomme. Un vecteur de 1,8 cm est satisfaisant (1 cm pour 1 N). La trajectoire est rectiligne : la pomme se déplace en ligne droite. Le mouvement est accéléré car les points, repérés à des dates successives identiques, sont de plus en plus espacés. Durée de la chute : t = tfinal – to = 1 s. La pomme a parcouru d = 5 m. Sa vitesse moyenne est Vm = d 5 = = 5m.s −1 (t f − t 0 ) 1 On recommence pour d’autres objets et on obtient : Conclusion : la masse n’influe pas sur la durée d’une chute libre sans vitesse initiale. Objet Pomme Rocher Pierre Boule durée de chute (s) 1 1 1 1 b) Influence de la vitesse initiale sur la chute libre Dans le menu paramètre , on entre les valeurs suivantes : V = 2 m.s-1, lancer horizontal (angle 0°) On remarque aussitôt que la durée de chute est encore de 1 s ! trajectoire Même référentiel, système boule. Une seule force : le poids P. - P = m × g = 0,800 × 9,8 = 7,8 N. On fait partir le vecteur force du centre de gravité G de la boule. Un vecteur de 4 cm est satisfaisant (1 cm pour 2 N). Ici, j’ai pris l’échelle 1 cm pour 4 N. La trajectoire est curviligne : c’est un arc de parabole. r P Le mouvement est accéléré car les points, repérés à des dates successives identiques, sont de plus en plus espacés. On change la valeur de la vitesse initiale Conclusion : La vitesse initiale d’un système, pourvue qu’elle soit horizontale, n’influe pas sur la durée de la chute libre. Vitesse initiale (m.s-1) 4 6 8 10 durée de chute (s) 1 1 1 1 Par contre la distance parcourue change. c) Influence de l’angle avec lequel on lance le projectile sur la chute libre (valeur de vitesse initiale constante) Dans le menu paramètre , on entre les valeurs suivantes : Boule lancée à 10 m.s-1 (constant) et avec un angle de 15° par rapport à l’horizontale. 60° 80° 45° 30° 10° La trajectoire de la boule est parabolique. La vitesse diminue pendant l’ascension puis augmente pendant la descente. angle de la vitesse initiale 10 30 45 60 80 abscisse impact (m) 3,6 9,0 10,5 9,0 3,5 durée de chute (s) 0,4 1,0 1,5 1,8 2,0 La durée du mouvement est croissante avec l’angle de lancer. La portée est par contre maximale lorsque l’angle initial est de 45°. C’est une règle qu’ont retenue les artilleurs depuis très longtemps. d) Influence de la planète à la surface de laquelle se déplace le projectile. Dans le menu paramètre , on entre les valeurs suivantes : Boule lancée à 10 m.s-1 (constant) et avec un angle de 45° par rapport à l’horizontale (le plus efficace) sur différentes planètes. planète Terre Mars Lune g (N.kg-1) 9,8 3,7 1,6 abscisse impact (m) 1,3 3,4 7,6 durée de chute (s) 0,5 1,4 3,1 Plus g est petit plus la durée de chute est grande et plus la portée est grande. III) Conclusion générale : Quelques rappels des résultats marquants : - la masse n’influe pas sur la durée de chute d’un système. Mais qu’est-ce qui influe ? - g, intensité de pesanteur joue un rôle important. Les conditions initiales, QUI NE SONT PAS UNE FORCE, sont importantes pour la trajectoire ultérieure d’un système. Et une ouverture à l’aide de questions que vous vous êtes posés . . . Qu’est-ce réellement que g ?