TP DE PHYSIQUE 4 : FORCES MACROSCOPIQUES S`EXERCANT

PHYSIQUE - Chapitre 2 : FORCES, TRAVAIL ET ENERGIE
TP 4 : FORCES S’EXERÇANT SUR UN SOLIDE
I- REPRESENTATION DE FORCES
On rappelle le principe d’inertie appliqué dans un référentiel terrestre ou géocentrique :
« Tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne-uniforme si les forces qui
s’exercent sur lui se compensent. »
Soient les situations suivantes vues en cours :
- une cloche suspendue en l’air par une corde
- un livre posé sur une table
- un bouchon en liège flottant sur l’eau
- lancer vertical d’un ballon
- montée du ballon
- descente du ballon
- réception du ballon
A l’aide des DIO réalisés en cours et du principe d’inertie, représentez les forces exercées sur le
système en négligeant les frottements et la poussée de l’air (aucune considération d’échelle pour
l’intensité de la force n’est demandée).
II- LE POIDS D’UN SOLIDE : UNE FORCE REPARTIE.
La valeur (ou intensité) du poids P d’un objet est donné par la formule P = m.g où m représente la
masse exprimée en kg et g la valeur de l’intensité de la pesanteur (g = 9,8 N.kg-1).
a) Calculez la valeur du poids d’une masse marquée de 50 g.
b) Vérifiez votre calcul en faisant une mesure. Précisez le matériel utilisé.
c) En appliquant une échelle adéquate, représentez sur un schéma les forces exercées sur la
masse marquée lorsqu’elle est suspendue au ressort.
III- LES FLUIDES EXERCENT-ILS DES FORCES SUR LES SOLIDES ?
Expérience 1 : On dispose d’un cylindre de laiton (solide 1) qui peut s’encastrer
exactement dans un deuxième cylindre creux (solide 2). Le volume du creux du
solide 2 est donc exactement le même que le volume du solide 1.
1. Mesurer la valeur du poids, notée P1, du solide 1.
2. On immerge totalement le solide 1 dans l’eau.
a. Que remarque-t-on ?
b. Proposer une interprétation de cette observation. Indication : on se demandera si la
valeur du poids du solide 1 a pu changer au cours de l’immersion.
3. On considère maintenant le solide 2.
a. Mesurer la valeur du poids P2 du solide 2 à vide.
b. Mesurer la valeur du poids P3 du solide 2 rempli d’eau à ras-bord.
c. En déduire la valeur du poids de l’eau contenue dans solide 2. Que remarquez-vous ?
solide 2
solide 1

Expérience 2 : Deux boules de diamètres et de masses différents sont fixées sur une tige pouvant
basculer sans frottement sur un axe. L’ensemble est en équilibre et est placé sous une cloche en
verre. On fait le vide à l’aide d’une pompe à vide.
1. Schématiser l’expérience et noter vos observations.
2. Comparer les valeurs de la poussée d’Archimède exercée par l’air sur chacune des boules
avant que l’on fasse le vide dans l’enceinte.
3. Expliquer ce que l’on observe lorsqu’on fait le vide sous la cloche.
IV- COMMENT MODELISER L’ACTION EXERCEE PAR UN RESSORT ?
1) Mesures
On réalise le montage ci-contre. On note l0 la longueur du ressort
lorsqu’ aucune masse n’y est accrochée. On suspend différentes
masses marquées au ressort, on note alors l la longueur du
ressort lorsqu’une masse est suspendue. On définit l’allongement
x du ressort par la relation x = l-l0.
Mesurer x pour différentes masses marquées et compléter le
tableau suivant :
Masse (en g)
60
110
280
330
410
470
force exercée
par le ressort
(en N)
Allongement
x
(en cm)
2) Exploitation
a. Obtention de la courbe d’étalonnage.
On désire tracer puis modéliser la courbe d’étalonnage T = f(x) montrant les variations de la valeur T
(en N) de la force de tension exercée sur le ressort en fonction de son allongement x (en m). Pour
cela, on va utiliser le logiciel Regressi (une notice simplifiée vous est fournie).
- Ouvrir le logiciel Regressi. A l’aide de la partie “Pour saisir des données au clavier“ de la
notice, rentrez les données permettant de réaliser le graphique désiré.
- A l’aide de la partie “Graphe“ de la notice, visualisez le graphique désiré.
Quelle est l’allure de cette courbe ? Que peut-on en déduire quant à la relation entre les grandeurs F
et x ?
b. Modélisation de la relation entre F et x
On désire maintenant modéliser la relation entre F et x, c’est à dire que l’on veut trouver la fonction
F : x  F(x) dont la courbe tracée est la représentation graphique.
A l’aide de la partie “Modéliser“ de la notice, modéliser le graphique.
i. Quelle est l’expression de F(x) calculée automatiquement par le logiciel ?
ii. Quelle est la relation mathématique entre F et x ?
l0 : longueur du
ressort à vide
x = l – l0 :
allongement du
ressort
l : longueur
du ressort