TP n° 5 : Objectifs : Apprendre à faire un inventaire complet et à

TP n° 5 :
Objectifs : Apprendre à faire un inventaire complet et à effectuer une représentation semi-quantitative des forces.
Activité 1 : Détermination des interactions
Situation-problème :
Un joueur lance verticalement vers le haut une balle.
Représentation des interactions
fr
A distance :
de contact :
avec frottements :
Les objets :
La balle
La Terre
La main du lanceur
L’air
Remarque : Il ne n'agit pas ici de représenter les interactions par des vecteurs forces mais d'analyser qualitativement
la nature des interactions.
Pour chacune des phases du mouvement de la balle , vous construirez (au dos de cette page) les diagrammes traduisant
les interactions entre la balle et les autres sous systèmes avec lequel il est en interaction.
Exemple de diagrammes correspondant à l’une des phases :
Page 1
Formulez votre réponse en respectant la disposition suivante :
Lancer
(juste avant le lâcher)
Montée
Descente
Réception
Représentations des
interactions
Activité 2 : Représentation des forces qui agissent sur la balle et évolution de la vitesse
Modélisation d’une action par une force
L’interaction d’un objet X avec un objet A comporte toujours deux actions : celle de A sur X et celle de X sur A. On modélise l’action de A sur X
par un vecteur appelé « force de A sur X » et noté :
Sa valeur est exprimée en newton (N).
L’objet X sur lequel s’exerce la force est représenté par un point.
On représente graphiquement la force
en construisant à partir du point une flèche dont la direction et le sens sont donnés par les
caractéristiques de l’action correspondante (verticale pour la pesanteur, direction du fil pour un fil, etc.) et dont la longueur est proportionnelle
à la valeur de
.
Lorsque l'on affaire à une force répartie (par exemple le poids d'un objet qui ne peut être considéré comme ponctuel ou
une force de frottement lorsqu'il y a une surface de contact assez grande entre deux milieux), on représente une force
résultante dont le point d'application est un point particulier de l'objet (par exemple, le poids a pour point d'application
de le centre de gravité de l'objet qui est généralement confondu avec le centre d'inertie.
Pour chacune des quatre phases, représentez les forces qui agissent sur le medecine-ball en utilisant les règles
précédentes .
Vous formulerez votre réponse en respectant la disposition suivante :
Lancer
(juste avant le lâcher)
Montée
Liste des forces qui
s’exercent sur la
balle
Evolution de la
vitesse
Page 2
Descente
Réception
Représentations
des forces sur la
balle
Activité n°3 : Etude d’une force ; la poussée d’Archimède
Quand on immerge un solide dans un fluide (dans notre cas, un liquide), celui-ci subit de la part du fluide, une action
mécanique appelée poussée d’Archimède.
La valeur de la poussée d’Archimède a pour expression :
 = Vg
 : poussée d’Archimède
 : masse volumique du fluide déplacé (kg.m-3)
V : volume du fluide déplacé (m3)
g : intensité de la pesanteur (N.kg-1)
g = 10,0 N.Kg-1
Objectif :
-
Etalonner un ressort.
Déterminer le sens et la direction de la poussée d’Archimède.
Représenter les forces qui s’exercent sur le solide.
Déterminer la valeur de la poussée d’Archimède exercée sur le solide lorsqu’il est totalement immergé.
Comparer cette valeur avec le poids du volume d’eau déplacé par l’immersion du solide.
Matériel :
-
Un ressort non étalonné monté sur une potence.
Des masses marquées de 50,0 g, 100, 0 g et 150,0 g.
Une règle.
Un bécher rempli d’un liquide (eau).
Expérience n° 1 : Etalonnage du ressort.
-
Mesurer la longueur L0 du ressort à vide accroché à une potence.
Accrocher successivement les masses marquées de 50,0 g, 100, 0 g, 150,0 g au ressort et noter la longueur L
du ressort.
Remplir le tableau suivant :
Masse m (kg)
Poids P (N)
Allongement L – L0 (m)
Dans cette expérience, la masse marquée accrochée au ressort est en équilibre et est immobile.
Première loi de Newton : Si un solide est soumis à des forces extérieures qui se compensent alors il reste
immobile ou est animé d’un mouvement rectiligne uniforme.
-
-
Représenter sur un schéma le poids et la tension du ressort qui s’exerce sur une masse marquée
de 100,0 g.
On prendra pour échelle : 5 cm pour 1,0 N.
Quelle relation existe entre ses forces ?
Tracer sur une feuille de papier millimétré (fourni page 4) le graphique T = f(L – L0).
Page 3
Expérience n° 2 : Détermination du sens, de la direction et de la valeur de la poussée d’Archimède.
-
Accrocher la masse marquée de 100,0 g au ressort.
Plonger totalement le solide dans l’eau et noter l’allongement du ressort.
En déduire le sens et la direction de la poussée d’Archimède.
Représenter les forces qui s’exercent sur le solide quand il est totalement immergé dans l’eau.
On notera , la poussée d’Archimède.
Quelle relation existe-t-il entre ses forces ?
A l’aide du graphique T = f(L – L0), déterminer la valeur de la poussée d’Archimède.
Conclusion :
-
Le volume de la masse marquée de 100,0 g est égal à 16 cm3.
En déduire la masse et le poids du volume d’eau déplacé par le solide. eau = 1000 kg.m-3
Comparer cette valeur avec celle de la poussée d’Archimède déterminée dans l’expérience n°2.
Conclusion : le poids du ………………………… déplacé est égal à la ………………………………………
Page 4