TP P11 : A la découverte des lois de la chute

NOM :
Chap. P8
TP P10
Prénom :
POUR EXPLIQUER LA TRAJECTOIRE D’UNE CHUTE
LE BILAN DES FORCES SUFFIT-IL ?
Groupe :
Date
Objectifs : Montrer, à l’aide de moyens multimédias, l’influence de la
vitesse initiale sur la chute.
I – TROIS SITUATIONS POUR UNE BILLE !
Dans cette partie, nous allons observer trois films vidéo qui
correspondent à trois situations de chute d’une bille. Ce sont trois cas
de chute libre car on s’est placé, volontairement, dans les conditions où
les frottements de l’air sont négligeables : La bille est suffisamment
lourde et aérodynamique, la chute est de courte durée.
Hypothèse : Sur le schéma ci-contre, nous avons deux trajectoires.
Dans un cas, la balle est lâchée ; dans l’autre, elle est lancée vers la
droite. Les reconnais-tu ? Imagine alors la suite de la seconde
trajectoire. Pour cela, dessine la balle aux instants suivants...
I - 1 – Une bille simplement lâchée... ( SITUATION N°1 )
Ouvre le fichier billechut.avi à l’aide du logiciel
AVIMECA. Aide-toi de la FICHE- METHODE jointe. Observe la vidéo.
Protocole :
Avertissements : La règle, au centre, devrait montrer la verticale. Attention, c’est son
unique rôle ! Elle n’a aucune influence sur la bille : Elle ne l’attire pas par exemple.
Questions :
1) Décris son mouvement : ___________________________________________________
2) Fais un dessin de la bille pour une position quelconque de sa trajectoire. Quelle(s) est la
(sont les) force(s) qui s’exerce(nt) sur la bille ? Représente-les sans échelle.
3) Précise quelle est sa vitesse initiale (c’est-à-dire au tout début de la chute) : _________
I - 2 – Une bille arrivant lancée depuis un toboggan... ( voir dessin )
Protocole (suite) :


Sans fermer la 1ère fenêtre, ouvre le fichier billeparagv.avi ( SITUATION N°2 ) de la
même manière que précédemment : Une nouvelle fenêtre s’ouvrira.
De la même façon, ouvre le fichier billeparapv.avi ( SITUATION N°3 ).
Attention : Dans la SITUATION N°3, la bille arrive moins vite que dans la N°2. Tu
devrais en voir la conséquence sur la forme de la trajectoire, non ?
toboggan
direction
initiale
prise par
la bille
table
Questions :
4) Observe bien ces deux trajectoires : Qu’ont-elles de différent avec la 1ère ?
5) Sont-elles superposables ? Comment le vois-tu ? Pourquoi ?
6) Quelle(s) est la (sont les) force(s) qui s’exerce(nt) sur la bille ? Représente-les sur dessin
ci-contre (la trajectoire est déjà représentée).
Conclusion :
7) D’une manière générale, la connaissance des forces appliquées au système, est-elle
suffisante pour prévoir la trajectoire du système ? Pourquoi ?
8) A ton avis, en plus des forces appliquées, que faut-il connaître pour vraiment prévoir la
trajectoire de chute ?
II – COMPARONS LES DEUX PREMIERES SITUATIONS !
Protocole :
Pour billechut.avi et pour billeparagv.avi procède de la même manière :



Repère par pointage la trajectoire de la bille pour ces deux situations. Aide-toi de la FICHE- METHODE jointe.
Choisis comme origine, la bille à la 1ère image. Fixe une échelle sachant que la règle verticale fait 0,5 m.
Vérifie, aux erreurs de mesures près, les valeurs ci-dessous concernant chacune des deux situations. Tu les
remplaceras par les tiennes si elles sont correctes.
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billechut.avi ( SITUATION N°1 )
t ( en s )
y ( en m )
0,00
0,0
0,04
-4,1.10-2
0,08
-1,1.10-1
0,12
-1,8.10-1
0,16
-2,7.10-1
0,20
-3,810-1
Arrondissez à deux
chiffres significatifs !
Attention, « 1,98 E-2 »
se lit « 1,98 .10-2 » !
billeparagv.avi ( SITUATION N°2 )
t ( en s)
y ( en m )
0,00
-0,0
0,04
-4,2.10-2
0,08
-1,0.10-1
0,12
-1,8.10-1
0,16
-2,7.10-1
0,20
-3,8. 10-1
Questions :
9) En comparant ces deux tableaux, que constates-tu aux erreurs de mesure près ( le pointage surtout ) ?
10) Comment est la chute de la bille dans la direction verticale pour ces deux situations ?
11) Qu’est-ce qui diffère alors entre ces deux situations ?
III – REGARDONS PLUS PARTICULIEREMENT LA SECONDE SITUATION !
Protocole :



Enregistre ton pointage pour la SITUATION N°2 comme l’indique la FICHE – METHODE jointe.
Ouvre le logiciel REGRESSI pour visualiser le graphe donnant y en fonction de x. Pour cela procède aux réglages
indiqués dans la FICHE – METHODE jointe.
Imprime le graphe après avoir noté ton nom en prenant « Texte » au lieu de « Curseur standard ».
Questions :
12) Sur cette feuille, trace au crayon les verticales qui passe par chaque position. Que remarques-tu à l’œil nu ? Si ce
n’est pas évident sur ton graphe à cause d’un pointage approximatif, regarde celui réalisé par le professeur.
13) Cela veut dire que la bille, dans sa chute verticale, se décale horizontalement. De quelle manière en terme de
vitesse ?
Pour les plus rapides :
14) Détermine la valeur de la composante horizontale de la vitesse ( Rappel : Entre deux postions il s’écoule 40 ms ).
Utilise judicieusement le curseur « réticule »...
15) Rappelle quelle est la valeur de la composante horizontale de la vitesse de la bille dans la SITUATION N°1 ?
IV – LA CONCLUSION DE NOS TROIS OBSERVATIONS
Travail à faire : Complète les phrases suivantes.
16) Un système en chute libre n’est soumis qu’à une seule force : son _________________ . Cette force s’exerce dans
la direction ______________________ uniquement : Cela explique que sa vitesse augmente en tombant vers le bas.
17) Un système, lâché sans vitesse initiale, tombe donc verticalement : Son mouvement est rectiligne et
__________________________ .
18) Mais un système, lancé horizontalement, possède une vitesse initiale horizontale non nulle : Son mouvement est
toujours _________________________ mais il est maintenant _________________________ . Dans ce cas, plus sa
vitesse initiale est grande, _______ sa trajectoire est courbe.
Application :
Reprend ton hypothèse du début du paragraphe 1. Est-elle valide ? Si non, apporte les corrections nécessaires en rouge.
Pour vérifier ces conclusions :



Ouvre le logiciel MICROMEGA HATIER. Sélectionne le simulateur « Newton ».
Pour chaque situation, rentre les différents paramètres. Tu choisiras d’ailleurs un angle de lancement nul.
Observe et réponds. (Conseil : Utilise la touche « chronophotographie »)
(a) Observe la chute d’une pomme, positionnée à yo = 10 m de hauteur, pour différentes vitesses initiales ( de
0 m/s, 4 m/s, 8m/s,... à 12 m/s ). La dernière conclusion du TP est-elle toujours valable ? ______________________
_____________________________________________________________________________________________
(b) Pour une vitesse initiale de 7 m/s, lance différents objets tous positionnés à yo = 10 m de hauteur. Observe.
Que remarques-tu ? _____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________
Conclus : _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________
(c) Dans les mêmes conditions, lance des objets vers le haut avec différents angles : 30°, 40°, 50°... etc. La
forme de la trajectoire change-t-elle ? _______________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________
Les conclusions du TP sont-elles toujours valables ? ________________________________________________
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