Activité documentaire et expérimentale N°1 (P6) 1

Activité documentaire et expérimentale N°1 (P6)
1- Décrire simplement le mouvement d’un sportif :
La chronophotographie est une technique consistant à photographier un objet en mouvement à intervalles de temps
réguliers. Ces prises de vues, ensuite superposées, produisent une décomposition du mouvement.
La figure ci-dessous est une chronophotographie du mouvement d’un gymnaste effectuant un saut de cheval.
La complexité du mouvement de ce sportif tient au fait que ses bras et ses jambes se meuvent indépendamment.
Le physicien, pour décrire un tel mouvement, en particulier sa trajectoire, se limite à l’étude d’un des points du
sportif judicieusement choisi. Une telle simplification est une modélisation, courante en science.
Définitions :
- La trajectoire d’un point est la courbe constituée de l’ensemble des positions successives occupées par ce
point au cours du mouvement.
- La modélisation est l’opération de pensée par laquelle un physicien construit une situation simplifiée à partir
d’une situation réelle pour la rendre étudiable.
4
5
6
3
M
2
+
7
+C
Chronophotographie d’un saut
1
de cheval
Questions :
a) D’où ont été prises les différentes photos de cette chronophotographie ?
b) Entre les positions 1 à 7, reconstitue la trajectoire du point M (de la main droite du sportif) et du point C (le
centre d’inertie du sportif) à l’aide d’un papier calque. Lequel de ces points a la trajectoire la plus simple ?
c) En limitant l’étude du sportif au point possédant la trajectoire la plus simple, quelle(s) information(s) sur son
mouvement perd-on ?
2- Relativité du mouvement :
Un cycliste qui roule à vitesse constante laisse tomber une balle de tennis. Le mouvement du centre de la balle estil vu de la même façon par le cycliste ou par un observateur immobile au sol ?
Hypothèse : Par rapport à la main du cycliste, la balle va toucher le sol
▫ au même niveau
▫ devant.
Tu vas réaliser une chronophotographie du centre de la balle.
1 et 10
2 et 11
9
▫ derrière
- Ouvre le logiciel LatisPro.
- Clique sur Édition  Analyse de séquences vidéos.
- Clique sur Fichiers et récupère le fichier vidéo : Poste de travail 
Commun  Travail  Physique 2013  Nadeau  2nde  La
pratique du sport  TP référentiel  vélo chute balle
5
6
13
8
3
4
12
7
- Visionne la vidéo et remonte la vidéo sur l’image N°0.
- Clique sur Sélection de l’origine : clique gauche sur le bas
de la roue avant en contact avec le sol.
- Clique sur Sélection de l’étalon : fixe la distance avec
l’objet de taille connu (flèche rouge) indiqué à L = 0,68 m
(clique sur le bas puis sur le haut de l’étalon).
- Dans Déplacement, coche Relatif.
- Clique sur Sélection manuelle : pointe la main lâchant la
balle (solide de référence), puis la position du centre de la
balle (objet d’étude). La vidéo avance à l’image suivante.
Fais les deux types de pointages jusqu’à l’image N°8.
- Ferme la fenêtre vidéo, clique sur l’onglet
et fais
apparaître la courbe Y1 = f(X1). Clique droit sur le graphique
et sélectionne Repère orthonormé.
- Clique sur
, puis Nouvelle étude, conserve les courbes et coche Absolu. Pointe la position
de la balle. Ferme la fenêtre vidéo et tape Ctrl + F pour faire apparaître la courbe Y2 = f(X2) dans la fenêtre 2.
Questions :
a) Représente les deux trajectoires. Quel outil géométrique utilise-t-on pour repérer la position d’un objet ?
b) Des deux trajectoires représentées, quelle est celle qui est vue par le cycliste ? Justifie en comparant la
position de la main à celle de la balle (clique sur Édition  Analyse de séquences vidéos pour revoir la vidéo).
c) Quelle est la trajectoire qui est vue par un observateur immobile par rapport au sol ? Justifie.
On appelle référentiel le solide de référence muni d’un repère spatial et d’une horloge par rapport auquel on
décrit le mouvement d’un objet.
d) Quels sont les deux référentiels utilisés ici ?
e) La forme de la trajectoire dépend-elle du référentiel choisi pour étudier le mouvement ?
f) Compare les distances parcourues par la balle dans chacun des référentiels. Que constates-tu ?
Conclusion : Que faut-il obligatoirement préciser quand on étudie le mouvement d’un point d’un objet ?
3- Utilisation de la chronophotographie :
On étudie les trois chronophotographies suivantes par rapport au référentiel terrestre :
(a) Balle de golf
(b) Ballon de foot
(c) Pierre de curling
Questions :
Pour chaque chronophotographie, réponds aux questions suivantes :
a) Indique si la trajectoire du point est rectiligne, circulaire ou curviligne (courbe quelconque).
b) Sans calcul, comment évolue la vitesse du point au cours du temps ? Justifie.
c) En choisissant un mot dans chaque liste, qualifie le mouvement (trajectoire et vitesse) du point ? Justifie.
 Liste 1 : rectiligne, circulaire, curviligne.
 Liste 2 : uniforme, ralenti, accéléré.
d) Chronophotographie de la balle de golf : l’intervalle de temps entre chaque photo est de 5,00 ms et l’échelle
utilisée est : 1,0 cm sur le schéma représente 40,0 cm dans la réalité.
- Calcule la vitesse moyenne (en m∙s–1) du point entre les positions 1 et 6. Convertis-la en km∙h-1.
- Calcule la vitesse moyenne (en m∙s–1) du point entre les positions 2 et 4.
- Compare ces deux vitesses moyennes. Sont-elles égales à la vitesse instantanée ? Justifie.
e) Chronophotographie de la pierre de curling : l’intervalle de temps entre chaque photo est de 180,0 ms et l’échelle
utilisée est : 1,0 cm sur le schéma représente 40,0 cm dans la réalité.
- Calcule la vitesse moyenne (en m∙s –1) du centre d’inertie de la pierre entre les positions 1 et 5.
- Calcule la vitesse moyenne (en m∙s –1) entre les positions 3 et 5.
- A ton avis, parmi les deux vitesses moyennes précédemment calculées, quelle est la plus proche de la
vitesse instantanée du point en position 4 ? Justifie.