TP : Transformation d`énergie potentielle en énergie cinétique et

TP : Transformation d’énergie potentielle en énergie cinétique et réciproquement
A l’aide d’un tableur, on veut mettre en évidence la transformation de l’énergie potentielle d’un solide en chute libre en énergie
cinétique.
Un solide de masse m = 1,0 kg est lancé horizontalement et est soumis au champ de pesanteur terrestre g = 10 m/s2
On néglige totalement les frottements de l’air et la poussée d’Archimède.
I.
Traitement des données à l’aide d’un tableur.
Voici des données d’un solide de masse m = 1,0 kg
soumis au champ de pesanteur terrestre g = 10 m/s2
1. Recopier les données du tableau ci-contre
dans le tableur Excel.
2. Détermination des vitesses instantanées, des énergies
cinétiques, potentielles et mécaniques.
a. Calcul de la composante horizontale vx de la
vitesse du solide.
Créer dans la colonne suivante la grandeur vx
Pour la date t = 1 s, taper la formule suivante :
=(B5-B3)/(A5-A3)
En déduire toutes les valeurs de vx
b. Calcul de la composante verticale vy de la
vitesse du solide.
En utilisant la même méthode, trouver toutes
Les valeurs de vy dans une nouvelle colonne
intitulée vy
c. En déduire, à l’aide de la propriété de Pythagore,
l’expression de la vitesse v du solide.
Ecrire la formule permettant de calculer cette
vitesse.
Rappel : le carré d’une grandeur se calcule à l’aide
de la touche ^2.
Calculer toutes les valeurs de v dans la colonne
intitulée v.
d. Ecrire dans une nouvelle colonne intitulée Ec, la
formule permettant de calculer l’énergie cinétique
pour chaque date.
e. Ecrire dans une nouvelle colonne intitulée Ep, la
formule permettant de calculer l’énergie potentielle
pour chaque date.
f. Ecrire dans une nouvelle colonne intitulée Em, la
formule permettant de calculer l’énergie mécanique
pour chaque date.
g. Tracer sur une même page, les graphiques
i. Ec = f(t)
ii. Ep = f(t)
iii. Em = f(t)
Si vous avez des problèmes, vous pouvez aller sur la plateforme
afin de voir l’animation en ligne d’aide à l’utilisation du tableur.
t(s)
x (m)
y (m)
0
0
3380
1
2,4
3375
2
4,8
3360
3
7,2
3335
4
9,6
3300
5
12
3255
6
14,4
3200
7
16,8
3135
8
19,2
3060
9
21,6
2975
10
24
2880
11
26,4
2775
12
28,8
2660
13
31,2
2535
14
33,6
2400
15
36
2255
16
38,4
2100
17
40,8
1935
18
43,2
1760
19
45,6
1575
20
48
1380
21
50,4
1175
22
52,8
960
23
55,2
735
24
57,6
500
25
60
255
26
62,4
0
Questions
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Recopier sur une feuille de papier millimétré les 3 graphes obtenus.
Donner la valeur (avec 3 chiffres significatifs) la valeur de l’énergie mécanique à la date t = 0.
Donner la valeur (avec 3 chiffres significatifs) la valeur de l’énergie mécanique à la date t = 26 s.
Quelles relations existent entre les énergies cinétiques, potentielles et mécaniques à ces deux dates ?
Montrer graphiquement, par exemple à la date t = 10 s, que Em = Ec + Ep.
Comment expliquer (à l’aide des lois de Newton) que la composante horizontale de la vitesse soit constante ?
Comment expliquer (à l’aide des lois de Newton) que la composante verticale de la vitesse ne soit pas constante ?
Quelle est la valeur de la vitesse en km/h du solide à la date t = 26 s ?
Proposer une évolution qualitative de la vitesse dans des conditions réelles (présence d’air).
10. Galilée (1564 - 1642) montra que l'hypothèse de tir décrit dans l'illustration ci-dessous était erronée.
a.
b.
Décrivez la trajectoire du boulet de canon décrit dans cette illustration.
Proposer des arguments (à l’aide des lois de Newton) pour montrer l'inexactitude de cette hypothèse sur la nature
du mouvement du boulet de canon.
Questions
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Recopier sur une feuille de papier millimétré les 3 graphes obtenus.
Donner la valeur (avec 3 chiffres significatifs) la valeur de l’énergie mécanique à la date t = 0.
Donner la valeur (avec 3 chiffres significatifs) la valeur de l’énergie mécanique à la date t = 26 s.
Quelles relations existent entre les énergies cinétiques, potentielles et mécaniques à ces deux dates ?
Montrer graphiquement, par exemple à la date t = 10 s, que Em = Ec + Ep.
Comment expliquer (à l’aide des lois de Newton) que la composante horizontale de la vitesse soit constante ?
Comment expliquer (à l’aide des lois de Newton) que la composante verticale de la vitesse ne soit pas constante ?
Quelle est la valeur de la vitesse en km/h du solide à la date t = 26 s ?
Proposer une évolution qualitative de la vitesse dans des conditions réelles (présence d’air).
10. Galilée (1564 - 1642) montra que l'hypothèse de tir décrit dans l'illustration ci-dessous était erronée.
a.
b.
Décrivez la trajectoire du boulet de canon décrit dans cette illustration.
Proposer des arguments (à l’aide des lois de Newton) pour montrer l'inexactitude de cette hypothèse sur la nature
du mouvement du boulet de canon.