2S TP Physique n°9 Ping-pong et énergie mécanique 1. OBJECTIF A partir d’un enregistrement vidéo d’une balle de ping pong effectuant un rebond sur une table horizontale, déduire quelques considérations sur l’énergie mécanique. 2. MATERIEL NECESSAIRE - Un prof avec un entonnoir sur la tête pour amuser les élèves (ce qui ne nuit en rien à l’enthousiasme débordant des élèves pour le contenu scientifico-pédagogique de la séance.... euh... quoi ?), - un caméscope + un magnétoscope pour réaliser un enregistrement vidéo-stroboscopé, - une balle de ping-pong pour le bienfait de la science, - une règle pour fixer l’échelle du repère d’espace lors de l’enregistrement, - un peu de bonne humeur parce-que ça ne mange pas de pain et c’est gratuit. 3. OBTENTION DE LA « CHRONOPHOTOGRAPHIE » réalisé par le prof (démonstration en classe) * A partir de l’enregistrement vidéoscopé, le prof relève soigneusement image par image la position du centre d’inertie de la balle au cours du mouvement, (touche « arrêt sur image » du magnétoscope) soit sur le tableau (démonstration en classe), soit sur une feuille de papier calque directement scotchée sur l’écran d’une télé (pour obtenir la « chronophotographie ». * Il trace sur cette même feuille le repère orthonormé (O, x, y) gradué qui permettra l’exploitation de cette trajectoire. On peut décomposer la trajectoire de la balle en 2 parties : - une partie « avant » avant le rebond, - et une partie « après» après ce dernier. 4. EXPLOITATION Sachant que cet enregistrement vidéo s’est effectué à raison de 25 images par seconde et qu’une image est constituée de 2 trames successives (« demi-images ») sur l’écran du téléviseur, chacune des trames étant activée à chaque pression sur la touche « arrêt sur image » du magnétoscope (phrase à relire si nécessaire...), a) Combien vaut la durée entre 2 positions successives de la balle sur votre papier calque ? = ……………………. b) Sur votre papier calque à quelle distance réelle correspond 1 cm mesuré ? 1 cmmesuré …………………… cmréels c) Mesurez la masse de la balle de ping-pong : m = …………….. d) Numérotez les points de la trajectoire en commençant par le chiffre 1. Pour la suite, vous prendrez 3 points pour la partie « avant» et 5 points pour la partie « après». e) Complétez le tableau « avant rebond » en ne retenant que 2 chiffres significatifs. Points Altitude mesurée Altitude réelle z Vitesse réelle Ec (J) étudié z par rapport à la par rapport à la v instantanée n° table (m) table (m) (m/s) 3 7 10 Epp (J) Em (J) f) Complétez le tableau « après rebond » en ne retenant que 2 chiffres significatifs. Points Altitude mesurée Altitude réelle z Vitesse réelle v Ec (J) étudié z par rapport à la par rapport à la instantanée n° table (m) table (m) (m/s) Epp (J) Em (J) 14 19 25 31 36 g) Tracez la courbe représentative de Em (en ordonnée : y-Achse) en fonction du temps (en abscisse :x-Achse). Echelles : Ordonnée : 1cm 4 mJ = 4.10-3 J Abscisse : 1cm 0,10 s 5. QUESTIONS a) Que peut-on dire de l’énergie mécanique du système étudié entre 2 rebonds ? Pourquoi ? …………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… b) Expliquez les écarts éventuels entre la théorie de la « chute libre » et l’expérience réalisée. ………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… c) Pourquoi il n’est pas nécessaire de donner plus de 2 chiffres significatifs pour nos valeurs ? ………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… d) Quelles sont les sources expérimentales d’incertitude les plus importantes ? …………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………… e) Comment évolue l’énergie mécanique après le rebond ? Où est passée la « différence » ? …………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… f) Trouvez 2 exemples (objets d’étude, matériau...) : - un où l’énergie mécanique reste constante même après un rebond, dessinez alors l’allure de la chronophotographie que l’on obtiendrait dans ce cas, - un où l’énergie mécanique s’annule après le rebond.