21/08/2006 840903424 Page 1 sur 3 TP n°10 : ETUDE D’UN MOUVEMENT DE CHUTE LIBRE SANS VITESSE INITIALE Etudier à l’aide d’un fichier vidéo et des logiciels adaptés ( Aviméca, Excel ) la chute verticale, sans vitesse initiale, d’une bille, au voisinage de la Terre. Déterminer expérimentalement, une relation entre la vitesse de la bille et la hauteur de chute. Objectifs : - I ) TRAITEMENT DU FICHIER VIDEO On dispose d’un fichier vidéo représentant le mouvement de chute verticale d’une bille lancée sans vitesse initiale. On souhaite étudier le mouvement du centre d’inertie G de la bille. I-1) Mise en route a) Ouvrir le logiciel « AviMéca » puis ouvrir le fichier vidéo « essai 3.COMPRIM » ( dans le dossier vidéo sur le bureau ). Visualiser le fichier vidéo. b) Dans le menu « Clip » cliquer sur « Adapter ». Cocher la case « Adapter » OK. I-2) Etalonnage Ouvrir la fenêtre « Etalonnage » ( en haut à droite de l’écran ) : 1. Image n° 1/15. Dans la fenêtre « Axes » cocher l’option « Origine et sens » sélectionner à l’aide de la souris et placer l’origine du repère au centre de la bille . 2. Dans la fenêtre « Echelles » cocher l’option « Echelles identiques ». La distance entre le haut des deux repères sur l’écran blanc est de 1,0 m. • Cliquer sur la case « 1er point » Grâce au curseur spécial, cliquer sur le haut du premier repère ( la couleur du curseur peut être changée dans le menu « Pointages » ). • Cliquer sur la case « 2ème point » Grâce au curseur spécial, cliquer sur le haut du deuxième repère. • Dans l'éditeur, taper (en mètres) la distance réelle entre les deux repères ( 1,5 m ). Remarque : l'ordre chronologique de ces 3 opérations est indifférent. I-3 ) Pointage ( mesures ) - Ouvrir la fenêtre « Mesures » Pointer à l’aide de la souris le centre d’inertie de la bille ( la couleur et la forme du curseur peuvent être changées dans le menu « Pointages » ). Renouveler cette opération, avec le plus grand soin possible, pour chaque nouvelle image ( il y en a 15 ). Essayer de garder le même point de référence sur la bille. L’ensemble des points ainsi repérés est visible sur l’écran ( l’aspect et la taille des points peuvent être modifiés dans le menu « Pointages » ). EN BAS DE LA FENETRE MESURE PRENDRE POUR ORIGINE DES DATES ( t = 0 ) : IMAGE N°2 ( image correspondant à la date ou la bille est lâchée ) 21/08/2006 840903424 Page 2 sur 3 II ) EXPLOITATION DES MESURES A VEC « EXCEL » II-1 ) Exportation des mesures dans « Excel » On souhaite obtenir les coordonnées x(t) et y(t) du centre d’inertie G de la bille ( dans le repère préalablement défini §I-2 ) en fonction de la date t du mouvement. Dans le menu « Fichiers » »Mesures » « Copier dans le Presse-papier » « Le tableau » Dans la fenêtre « Tableau de mesures >>> Presse-papier » cliquer sur OK. Réduire la fenêtre « Aviméca » sans fermer Aviméca (au besoin appeler le professeur ). Puis coller sur une feuille « Excel » vierge le tableau. Le tableau donne en fonction de la date t les coordonnées (x(t) ; y(t) ) du point G. II-2 ) Hauteur de chute t= 0 O x h(t) t G y a) Quelle relation existe-t-il entre la hauteur de chute h(t) à la date t et l’ordonnée y(t) du point G à cette même date ? h(t) = ….. II-3 ) Evaluation de la vitesse v(t) du centre d’inertie de la bille à chaque date t On supposera, en première approximation, que quelle que soit la date t : x(t) =0 a) Sur la feuille « Excel » créer une nouvelle colonne intitulée v(t) ( en m/s) ). Quelle est la formule permettant d’évaluer la valeur v(t=0,033s) de la vitesse instantanée du centre d’inertie G de la bille à la date t= 0,033s. Formule : …………………………….. Appeler le professeur pour vérification ( si erreur perte de points sur le TP ) b) Compléter la colonne ( « Etirer la formule ») II-4 ) Evaluation de v(t)2 a) Sur la feuille « Excel » créer une nouvelle colonne intitulée v(t)2 ( en (m/s)2 ). Quelle est la formule permettant d’évaluer v(t=0,033s)2 carré de la valeur de la vitesse instantanée du centre d’inertie G de la bille à la date t= 0,033s. Formule : …………………………….. 21/08/2006 840903424 Page 3 sur 3 Appeler le professeur pour vérification ( si erreur perte de points sur le TP ) b) Compléter la colonne ( « Etirer la formule ») II-5 ) Etude de la courbe v(t) = f( h(t) ) a) En utilisant le tableur tracer la courbe v(t) = f (h(t)). b) Décrire très succinctement l’évolution de la vitesse v(t) du centre d’inertie de la balle en fonction de la hauteur de chute h(t). …………………………………………………………………………………………………………….. c) v(t) est-il proportionnel à h(t) ? Justifier. ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… II-6) Etude de la courbe v(t)2 = g( h(t) ) a) En utilisant le tableur tracer la courbe v(t)2 = g( h(t) ). b) v(t)2 est-il proportionnel à h(t) ? Justifier. …………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………….. II-7) Relation entre v(t)2 et h(t) - Positionner le pointeur de la souris sur la courbe v(t) 2=f(h), cliquer avec le bouton droit de la souris, sélectionner ajouter une courbe tendance , type linéaire, dans option cocher : afficher l’équation de la droite sur le graphique et coupe l’axe horizontal ( x) à : 0 - Quelle est la valeur du coefficient directeur obtenu ? …………………… - Quelle est l’unité du coefficient directeur ? …………………………. - Comparer, aux incertitudes expérimentales près, la valeur du coefficient directeur à celle de g , que l’on prendra égale à 9,8 N.kg-1 ( ou m.s-2 ). ……………………………………………………………………………………………………………. - Calculer l’écart relatif entre la valeur mesurée de g et la valeur réelle ( g = 9,8 m.s -2 ). Cet écart vous paraît-il acceptable compte tenu des incertitudes de mesures ? ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… - En déduire la relation liant v(t)2 à h(t) (on l’exprimera en fonction de g ). Cette relation sera admise en classe de 1°S, elle sera démontrée en classe de terminale. ……………………………………………………………………………………………………………..