2- Etude énergétique de la chute de la bille.

TP de physique n°10
classe de T°ST2S
Travail mécanique. Etude de la chute d’une bille.
Objectifs : - Définir l’énergie cinétique d’un solide en translation.
- Déterminer la relation entre la variation d’énergie cinétique et le travail du poids dans le
cas de la chute de la bille.
I- Expression du travail du poids d’un corps
Exprimer le travail du poids d’un corps de masse m, au cours d’un déplacement du centre de gravité G d’une
position A d’altitude zA à une position B d’altitude zB. (L’axe Oz est axe vertical orienté vers le haut).
II- Mouvement de chute libre.
1- Expérience du tube de Newton.
Voir l’expérience du tube de Newton réalisée par le professeur et donner les conditions de la chute libre
ainsi que sa définition.
2- Etude de la chute libre d’une bille.
a) Dispositif utilisé.
Une bille passe devant une série de capteurs.
Ces capteurs permettent de mesurer les dates de passage de la bille et
ils permettent au logiciel de calculer la vitesse instantanée.
z
Bille
Capteur 1
Capteur 2
Les hauteurs de chute, mesurées sur le support, sont entrées au
clavier.
Capteur 3
Capteur 4
Mettre l’interface ESAO, puis l’ordinateur sous tension.
Exécuter le programme « CHUTE »
0
b) Réglage préliminaires.
Dans INSTALLE, sélectionner :
- Dans Branchement : choisir « 2 capteurs doubles » et « lâcher de bille ».
- Tester les capteurs en passant lentement un doigt entre les capteurs.
- Dans Masse : taper 13,7 g ( masse de la bille étudiée).
- Dans Repérage : choisir zo = 0,80 m (altitude initiale) et « altitude ».
c) Mesures.
- Dans ACQUISITION, taper huit valeurs de z = 0,80 m à 0 m (de 10 cm en 10 cm).
Remarque : z = 0,80 – h. h représente les différentes dénivellations.
- Procéder au lâcher de la bille sans vitesse initiale.
- Dans TRAITEMENT, sélectionner : Tableau et recopier les valeurs de h et de v sur votre polycopié.
III- Exploitation des mesures.
1- Etude de la vitesse de la bille.
- Dans le logiciel WINREGRESSI, saisir les deux variables h et v au clavier.
- Afficher le graphe v = f(h). Reproduire son allure sur votre feuille et la commenter.
- Créer dans le tableau de valeur une nouvelle variable calculée v2.
- Afficher le graphe v2 = f(h). Reproduire son allure sur votre feuille et la commenter.
- Modéliser cette courbe à l’ordinateur et recopier son équation sur votre feuille.
- Aux incertitudes de mesures près, à quelle grandeur peut-on associer le coefficient directeur obtenu ?
- En déduire l’expression de v2= f(h).
2- Etude énergétique de la chute de la bille.
a) Energie cinétique.
- L’énergie cinétique est l’énergie due à la vitesse d’un objet en mouvement.
Un solide de masse m animé d’un mouvement de translation à la vitesse v possède une énergie cinétique :
1
Ec =
.m.v2 avec Ec en Joule ; m en kg et v en m.s-1.
2
b) Calculs de la variation de l’énergie cinétique.
- Créer dans le tableau de valeurs la nouvelle variable calculée Ec.
- A partir du tableau de valeurs, relever les valeurs de Ec pour :
- h4 = 0,40 m : Ec4 = ….
et h7 = 0,70 m : Ec7 = ….
.
- h6 = 0,60 m : Ec6 = ….
et h8 = 0,80 m : Ec8 = ….
.
- Calculer pour ces deux couples de points la variation d’énergie cinétique :
- Ec = Ec7-Ec4= ….
- Ec = Ec8-Ec6 = ….
c) Calculs du travail du poids.
- Pour chaque couple de points, calculer le travail du poids de la bille.
WM4M7( P ) = ……
WM6M8( P ) = ……
- Comparer les valeurs de ces travaux par rapport aux variations de l’énergie cinétique.
d) Conclusion.
Enoncer le théorème de l’énergie cinétique.
Tableau de valeurs :
N° du
capteur
0
1
2
3
4
5
6
7
8
h (m)
v (m.s-1)
v2 (m2.s-2)
Ec (mJ)