Première S

- 1/2 -
Physique, Chapitre 4 PREMIERE S
MISE EN EVIDENCE DE LA 2ème LOI DE NEWTON
 Objectifs
 Tracer le vecteur variation de vitesse
G
V
du centre d’inertie d’un solide en mouvement entre deux instants
proches, et en différents points de sa trajectoire.
 Mettre en relation le vecteur
G
V
avec la résultante
F
des vecteurs force appliquées au solide.
I – ETUDE DU SYSTEME ET APPROCHE INTUITIVE DU PROBLEME
Un joueur lance un ballon vers le haut dans une direction quelconque, non verticale.
 Ouvrir le logiciel Synchronie 2003
 cliquer sur EDITION > LIRE IMAGE ou SEQUENCE VIDEO
 Sélectionner le fichier « cloche » puis l’ouvrir.
 Lancer la vidéo et observer le mouvement du ballon.
On considère le mouvement de ce ballon juste après le lancement et avant qu’il ne touche le sol.
1°) Décrire la trajectoire et le mouvement du centre d’inertie G du ballon.
2°) Faire le bilan des forces qui agissent sur le ballon lors de son mouvement. On négligera la résistance de l’air et
la poussée d’Archimède.
3°) Lorsque la vitesse du ballon varie (augmente ou diminue), cela implique-t-il que la force (supposée unique) qui
agit sur lui varie aussi ? Justifier.
II – OBTENTION DU DOCUMENT PAPIER
 Sélectionner le menu ORIGINE et placer l’origine des axes sur le centre du ballon dans les mains de
l’homme.
 Dans le menu ETALONNAGE, effectuer l’étalonnage des deux axes.
 Dans le menu POINTEUR, choisir la forme du pointeur la plus appropriée pour l’enregistrement de la
trajectoire du centre du ballon.
 Lancer la saisie des images en cliquant sur SAISIR.
 Ouvrir le menu VECTEURS.
 Cliquer sur AFFICHAGE dans OPTIONS. Choisir la couleur noire pour le tracé des vecteurs vitesse et
sélectionner la couleur blanche pour les vecteurs accélération.
 Cliquer ensuite sur l’onglet REPRESENTATION DES VECTEURS. Décocher échelle automatique des
vecteurs et sélectionner l’échelle de représentation des vecteurs vitesse suivante : 1 m correspond à 6 m/s.
Cliquer sur OK.
 Trente positions du centre du ballon ont été saisies (1  30).
 Tracer les vecteurs vitesse
2
V
,
4
V
,
7
V
,
9
V
,
12
V
,
14
V
,
18
V
,
20
V
,
23
V
et
25
V
en cliquant sur les points
correspondants (le numéro de chaque position est affichée dans POSITION, à droite de l’écran).
 Sélectionner l’imprimante de la salle. Cliquer sur IMPRIMER en bas de l’écran. Sélectionner vitesse pour
l’impression des vecteurs, choisir 1 : N pour l’échelle et impression noir et blanc ; imprimer graphique dans
options.
III - CONSTRUCTION DU VECTEUR VARIATION DE VITESSE ENTRE DEUX
INSTANTS PROCHES
On appelle vecteur variation de vitesse, entre les positions 2 et 4 par exemple, le vecteur
244;2 VVV 
avec
pour point d’application la position 3 du ballon. Autrement dit, entre les positions 2 et 4, le vecteur vitesse
G
V
du
centre d’inertie du ballon, qui passe de la valeur V2 à la valeur V4, a varié de
4;2
V
.
1°) Indiquer les noms des vecteurs vitesse tracés sur le document papier.
2°) Construire les vecteurs
4;2
V
9;7
V
,
14;12
V
,
20;18
V
et
25;23
V
.
3°) Comparer les différents vecteurs variation de vitesse obtenus.

- 2/2 -
IV – RELATION ENTRE VARIATION DU VECTEUR VITESSE ET RESULTANTE
DES VECTEURS FORCE
1°) Quelle est la résultante des forces
ext
F
qui s’exercent sur le ballon ? Indiquer sa direction et son sens.
2°) Comparer la direction et le sens des vecteurs
ext
F
et
G
V
.
Ce résultat constitue la deuxième loi de Newton.
V - EXERCICE D'APPLICATION DE LA DEUXIEME LOI DE NEWTON : LA
COMETE DE HALLEY
En 1682, le passage d'une comète donne l'occasion à Edmond Halley, avec l'appui de Newton, de démontrer que la
trajectoire de la dite comète est une ellipse. Comme les planètes, cette comète est astreinte à se déplacer dans le
système solaire. Il en déduit que la comète de 1682 doit repasser au voisinage du Soleil.
Ce retour s'effectue régulièrement tous les 76 ans. Son dernier passage remonte à 1986.
La trajectoire héliocentrique de la comète de Halley, supposée ponctuelle, a été étudiée au voisinage du périhélie,
à l'aide de relevés réalisés entre janvier et mars 1986 et effectués à la même heure.
dates
position
vitesse v de la comète en m.s-1
10-01-86
1
4,451.104
10-02-86
7
5,455.104
15-02-86
8
5,401.104
20-02-86
9
5,265.104
07-03-86
12
4,662.104
1°) Comment appelle-t-on la durée de 76 ans ?
2°) Définir l'expression trajectoire héliocentrique.
3°) Donner la définition du mot périhélie.
4°) Quelle est la durée séparant deux relevés de position consécutifs ?
5°) Pourquoi la comète peut-elle être assimilée à un point ?
6°) Construire, à l’aide des tangentes à la courbe, le vecteur vitesse de la comète à la position 7 et à la position 9.
Echelle : 1,000.104 m.s-1  1,0 cm.
7°) Construire le vecteur variation de vitesse de la comète autour de la position 8 :
9;7
V
et reporter ce vecteur
sur la position 8.
8°) Quelle force s’exerce sur la comète ? Donner ses caractéristiques (direction, sens et expression littérale de sa
valeur). La représenter qualitativement à la position 8 de la trajectoire de la comète.
9°) La deuxième loi de Newton est-elle vérifiée ? Justifier.
Trajectoire du centre d’inertie de la comète de Halley au voisinage du périhélie