La chute des corps

La chute des corps
Prise en main
Lorsque le simulateur « Newton » est ouvert, vous avez à votre disposition :
 un ballon posé sur le sol terrestre,
 une icône « Paramètres » permettant de régler les conditions du lancement du projectile,
 Quatre boutons « Simulations » situés sous l'écran représentant le paysage.
1. Simulation du lancement
 Cliquer sur le triangle > en bas sous le schéma pour avoir une simulation du mouvement du ballon.
 Cliquer à présent sur la caméra pour avoir une simulation du mouvement avec enregistrement par
chronophotographie.
Le bouton pause II permet d'arrêter le mouvement du ballon.
Le retour à la position de départ se fait par les deux flèches <<. Ce bouton n'est actif que lorsque le
projectile est en mouvement.
 Pour effacer l'enregistrement, cliquer sur le bouton « Effacer » dans la barre de menu supérieure.
2. Choix du projectile étudié et changement des conditions du lancement
 Cliquer dans l'icône « Paramètres » et choisir un projectile (boule de pétanque par exemple).
 Choisir le lieu où sera effectué le lancer (la Terre par exemple).
 Choisir la position de la boule à l'instant initial ( y = 1,50 m pour la position verticale et x = 0 m pour la
position horizontale). Il est possible également de positionner la boule directement à l'aide de la souris.
 Choisir la valeur de la vitesse initiale de la boule (par exemple 8 m.s-1) et l'angle de lancement par
rapport à l'horizontale (par exemple 45°).
 Choisir l'intervalle de temps entre deux photographies (150 ms).
 Cliquer ensuite sur la caméra pour visualiser la chronophotographie du mouvement de la boule.
Application : ballon sur Terre
 Sélectionner le ballon et la Terre comme lieu d'étude.
 Choisir une position du ballon à l'instant initial, une valeur de sa vitesse initiale, l'angle de lancement par
rapport à l'horizontale et un intervalle de temps de 200 ms.
 Observer la trajectoire du ballon avec les paramètres choisis.
 Modifier ces paramètres si nécessaire pour que le ballon fasse deux rebonds avant de sortir de l'écran.
x=……….m y=………..m vo=……. m.s-1 angle=………°
3. Options
Lorsque la fenêtre « Options » est ouverte, il est possible d'afficher un repère, un quadrillage, la date (le
temps écoulé) ainsi que les coordonnées du centre du projectile.
Ces options sont intéressantes pour des mesures de durées et de positions.
Il est possible également de remettre le projectile dans sa position initiale si la simulation sort de l'écran, ou
encore d'effectuer une simulation au ralenti.
 Essayer ces différentes options.

Vitesse initiale et point de chute
À l'aide du simulateur, illustrer l'affirmation suivante:
« Lorsqu'un ballon est lancée horizontalement depuis une hauteur de 5,0 m, plus la vitesse initiale est
grande, plus le point de chute est éloigné ».
Placer le ballon en x=0 et y=5m. Modifier sa vitesse initiale et on superposer les trois chronophotographies
de lancers. Compléter (avec un angle de lancement avec l'axe Ox nul) :
 Cas n° 1
Vitesse : vo =4 m · s-1 Point de la première chute : x1 =……… m
 Cas n° 2
Vitesse : vo =6 m · s-1 x1 =……… m
 Cas n° 3
Vitesse : vo = 8 m · s-1 x1 =……… m
Conclusion :
……………………………………………………………………………………………..……………..
……………………………………………………………………………………………..……………..
I. Direction de lancement
On lance une boule de pétanque à partir d'une hauteur de 1 m. (x=0 m et y=1 m)
Modifier la direction du lancement tout en gardant la même valeur pour la vitesse initiale, comme indiqué
ci-dessous.
Cas n° 1
 Vitesse v0 = 9,0 m · s-1.
 Angle avec l'axe Ox : 20°.
Point de chute : x =…… m
Cas n° 2
 Vitesse v0 = 9,0 m · s-1.
 Angle avec l'axe Ox : 50°.
Point de chute : x =…… m
Cas n° 3
 Vitesse v0 = 9,0 m · s-1.
 Angle avec l'axe Ox : 80°.
Point de chute : x =…… m
Le projectile touche-t-il le sol au même endroit ? ………………………………………………………….

II. Influence de la pesanteur et de la masse sur la chute libre
1. Une pomme est lancée avec une vitesse initiale horizontale de 7 m.s-1 à partir d'une hauteur de 1,5 m au-
dessus du sol (x=0 m et y=1,5m) . Le lancer doit-il être effectué sur la Terre, sur la Lune ou sur Mars
pour que la pomme aille le plus loin possible au premier rebond ? Utiliser le simulateur pour répondre à
cette question. ------------------------- réponse --------------------------
------------------------------------------------------------------
2. De quelle grandeur (figurant dans les paramètres) liée à la Terre, à la Lune ou à Mars, cette distance
dépend-elle ? ------------------------- réponse --------------------------
------------------------------------------------------------------
3. La masse de l’objet intervient-elle dans la trajectoire du lancer ? (faire la simulation avec un rocher)
------------------------- réponse --------------------------
------------------------------------------------------------------
III. Étude de la chute libre par chronophotographie
Étudier par chronophotographie (intervalle de temps 200 ms) la chute libre sans vitesse initiale d'une pierre
sur la Lune ; cette pierre est lâchée à partir d'une hauteur de 10 m.
1. Décrire la nature du mouvement de la pierre puis noter le temps de chute.
------------------------- réponse --------------------------
Nature du mouvement : Temps de chute :
------------------------------------------------------------------
2. Effectuer la même simulation sur la Terre.
------------------------- réponse --------------------------
Nature du mouvement : Temps de chute :
------------------------------------------------------------------
3. Conclusion : la pierre tombe-t-elle plus vite sur la Terre ? De quel paramètre dépend ce temps de chute ?
------------------------- réponse --------------------------
------------------------------------------------------------------

4. Refaire le même travail en changeant la masse de l’objet (un rocher par exemple). Conclure.
------------------------- réponse --------------------------
------------------------------------------------------------------
IV. Boule de pétanque sur Terre
Etudier par chronophotographie (intervalle de temps 200 ms) le mouvement d'une boule de pétanque lancée
à la vitesse de 10 m.s-1 (direction de lancement 45°). La boule part du sol terrestre (x=0 m, y=0 m)
Compléter le tableau suivant puis reproduire sur une feuille la chronophotographie (prendre une échelle).
t(ms)
x(m)
y(m)
1. Décrire le mouvement de la boule suivant la direction horizontale.
------------------------- réponse --------------------------
------------------------------------------------------------------
2. Décrire le mouvement de la boule suivant la direction verticale.
------------------------- réponse --------------------------
------------------------------------------------------------------
Etudier maintenant par chronophotographie (intervalle de temps 200 ms) le mouvement d'une boule de
pétanque lancée à la vitesse de 5 m.s-1 suivant la direction horizontale. La boule est lancée depuis une
hauteur de 8 m. (x=0m et y=8 m). Refaire le même travail que précédemment.
t(ms)
x(m)
y(m)
3. Décrire le mouvement de la boule suivant la direction horizontale
------------------------- réponse --------------------------
------------------------------------------------------------------
4. Décrire le mouvement de la boule suivant la direction verticale
------------------------- réponse --------------------------
------------------------------------------------------------------

CORRECTION
VI. Boule de pétanque sur Terre
Chronophotographie (intervalle de temps 200 ms) du mouvement d'une boule de pétanque lancée à la vitesse
de 10 m.s-1 (direction de lancement 45°). La boule part du sol terrestre (x=0 m, y=0 m)
t(ms)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
x(m)
0
1,42
2,86
4,25
5,67
7,08
8,47
9,89
y(m)
0
1,22
2,06
2,47
2,53
2,17
1,42
0,31