1ere loi de N et principe de fonctionnement d'un resssort

TP 2 Physique :
F
FF
Forces, Travail
et Energie.
Le référentiel d’étude est un référentiel terrestre lié à la salle de classe.
A. Interactions et forces
1. Les interactions
Deux objets A et B sont en interaction quand A exerce une action mécanique (dite aussi force) sur B et B exerce une action
mécanique sur A.
Il existe 2 types d'interactions :
• les interactions de contact :
quand il y a contact entre le "donneur" et le "receveur" de la force.
le point d'application de la force est au point de contact.
• les interactions à distance :
qui regroupent les interactions gravitationnelles et les interactions électromagnétiques.
le point d'application de la force est au centre de gravité
2. Comment faire un bilan d’interactions ?
Un élève veut déterminer les forces s’exerçant sur un objet (appelé aussi système). Afin d’identifier toutes les interactions et par
conséquent les forces, il s’aide du diagramme objets/interactions (DOI). Il se construit en 3 étapes :
- faire l'inventaire de tous les objets concernés par l'étude et les
schématiser :
- faire l'inventaire de toutes les interactions entre objets :
interaction de contact :
interaction à distance :
- entourer le système :
3. Du doi au bilan des forces s’exerçant sur un système .
• Faire de DOI dans chacune des 4 situations suivantes.
Situation 1 Situation 2 Situation 3 Situation 4
Un objet est posé sur
le sol horizontal, il est
en équilibre.
Un objet pesant
est suspendu à
une corde.
Un objet est posé sur un plan
incliné, il est accroché à un
ressort et est en équilibre.
Deux personnes tirent sur une corde tendue.
Dans le DOI, choisir un objet en l’entourant permet d’établir facilement le bilan des forces qui s’exercent sur lui. Une fois choisi,
l’objet est appelé système étudié. À chaque interaction correspond une force.
• Faire le bilan des forces s’exerçant sur les systèmes suivants :
Situation 1 :
système {seau}
situation 3 :
système {objet}
situation 4 :
système {A}

B. Principe de fonctionnement d’un dynamomètre a ressort
.
1. Réflexions préliminaires
a. Faire le DOI du dispositif expérimental.
b. Faire le bilan des forces pour le système {masse marquée}. Les
représenter. On néglige l’action de l’air devant toutes les autres
forces.
c. Appliquer le principe de l’inertie et en déduire une relation entre
des forces.
0
l
m
l
2. Protocole expérimental
 Suspendre le ressort à la potence. Positionner soigneusement la règle de manière à aligner son zéro avec l’index du
ressort.
 Accrocher une masse marquée « m » à son autre extrémité
 Mesurer la longueur l du ressort quand la masse est immobile.
 Répéter l'opération avec plusieurs masses marquées.
 Compléter le tableau de mesures ci-dessous en indiquant la valeur P du poids de la masse marquée, la longueur l et
l'allongement 0 lll −=∆ du ressort. On prendra 1 N.kg 9,8g
−
= .
m (kg)
P (N)
0
lll −=∆
(m)
T (N)
3. Exploitation
a. Tracer le graphe représentant les variations de la tension T du ressort en fonction de l'allongement 0 lll −=∆ .
b. Modéliser la courbe obtenue et déterminer son équation.
c. En déduire la loi de Hooke c'est-à-dire la relation entre T et 0 lll −=∆ .
4. Conclusion
Expliquer le principe de fonctionnement d'un dynamomètre à ressort.
C. la Poussée d’Archimède
1. Réflexions préliminaires
Un solide S est suspendu au ressort précédent. On immerge complètement ce solide
dans une éprouvette remplie d’eau.
a. Faire le DOI du dispositif expérimental.
b. Faire le bilan des forces pour le système {solide}. Les représenter
c. Appliquer le principe de l’inertie et en déduire une relation entre des forces.
2. Protocole expérimental
• Suspendre le ressort au support. Positionner soigneusement la règle de manière à aligner son zéro avec l’index
du ressort.
• Déterminer à l’aide de la balance la masse du solide S
• Accrocher le solide au ressort.
• Placer de l’eau dans une éprouvette graduée et relever son volume V
0
• Introduire totalement le solide S dans l’éprouvette. Que remarquez vous ?
• Relever l’allongement ∆l du ressort.
• Noter le volume V
1
dans l’éprouvette. En déduire le volume V d’eau déplacé.
3. Exploitation des résultats
1. Calculer la valeur du poids P de la masse marquée.
2. Calculer la valeur de la tension T du ressort lorsque le solide est immergé.
3. En déduire la valeur de la poussée d’Archimède
Π , c’est à dire l’action de l’eau sur le solide
4. Calculer le poids du volume d’eau déplacé lors de l’immersion. Conclure

4.Applications
1. Pourquoi une balle de ping-pong remonte-t-elle à la surface lorsqu’elle est immergé sous l’eau.
2. Un ballon gonflé à l’hélium a une masse
m 8,0g
=
et un volume
V 7,7L
=
. Que se passe-t-il lorsqu’il est lâché.
On donne
3
air
1,3kg.m
−
ρ = .
D. Pour aller plus loin
Faire le bilan des actions mécaniques puis le bilan des forces subies par le système indiqué. Indiquer la direction et le sens
lorsque cela est possible et représenter les forces sans considération d’échelle.
1°/ 2°/ 3°/
plafond
fil
lampe
Système : la lampe
fil clou aimant
Système : le clou
++
+
fil
sphère
bâton de verre
Système : la sphère
+
+
++
+
4°/ 5°/ 6°/
ressort
solide
Système : le solide
luge
Système : la luge
Système : le bateau
7°/ 8°/ 9°/
mur
fil
tableau
Système : le tableau
accroché
solide
ressort
Système : le ressort
Système : la pomme
pomme qui
tombe de
l'arbre
10°/ 11°/ 12°/
Système : le livre
par un élève
livre de physique
lancé en l'air
(il est en train
excédé
de monter)
ressort
solide
Système : le solide
Système : le parachutiste
13°/ 14°/ 15°/
solide
ressort
Système : le solide
caravane
voiture
Système : la caravane
ressort sphère
fil
main
Système : la sphère