TP n°2 de physique : Mouvement d`un point

TP n°2 de physique : trajectoires et vitesses chap. P2
Objectifs : Comparer les mouvements de deux points du palet autoporteur.
Tracer des vecteurs vitesse.
Changer de référentiel.
Pour décrire un mouvement, il faut toujours préciser le référentiel. Pourquoi ?
Il faut également préciser le point dont on étudie le mouvement. Pourquoi ?
Nous allons étudier ici le mouvement du centre G du mobile autoporteur et celui d’un point M situé sur le bord du palet. L’étude
consiste à étudier la trajectoire, calculer les vitesses instantanées et tracer les vecteurs vitesse de G et M.
Rappel : le palet autoporteur se déplace sur une surface de verre parfaitement plane. Un coussin d’air créé sous le palet lui permet de
glisser sans frottement. Un dispositif envoie des impulsions électriques à intervalles de temps égaux du mobile à une feuille en
graphite placée sur la surface en verre. Entre les deux, on place une feuille A3 qui sera brûlée à chaque impulsion. On peut ainsi
repérer les positions successives du palet.
Réglage de la table à coussin d’air pour ce TP:
L’intervalle de temps entre deux étincelles est
msτ40
La table est parfaitement horizontale.
I/ Mouvement quelconque du palet
Lancer le palet en le faisant tourner sur lui-même. Enregistrer le mouvement. Numéroter les positions du point G (G0, G1, …) et
celles du point M ( M0, M1, …)
Tracer les trajectoires des deux points. Dans quel référentiel travaille-t-on ici ?
G et M ont-ils la même trajectoire ? Les décrire.
II/ Etude des vitesses
1) Vitesse de G
Calculer la vitesse moyenne du point G entre les positions G0 et G10.
Calculer la vitesse instantanée en G1, G5 et G9. Préciser les calculs.
Principe : On ne peut obtenir en fait qu’une approximation à partir de l’enregistrement. On assimile la vitesse instantanée au
point Gi à la vitesse moyenne entre les points Gi-1 et Gi+1.
Comparer les vitesses instantanées et la vitesse moyenne. Conclure.
Quel principe de mécanique s’applique ici ?
2) vitesse de M
Pour calculer la vitesse instantanée au point Mi il faudrait connaître la longueur de l’arc Mi-1Mi+1. Sur une très courte durée, elle
est en fait très proche de la longueur du segment Mi-1Mi+1.
Calculer la vitesse instantanée en M1, M5 et M9. Préciser les calculs.
La connaissance de la valeur de la vitesse instantanée est-elle suffisante ici pour décrire le mouvement ?
3) Représentation de la vitesse : le vecteur vitesse
Pour décrire complètement le mouvement d’un point à une date t, on définit le vecteur vitesse
)(tv
dont les caractéristiques sont
les suivantes : direction : tangentes à la trajectoire à la date t
sens : celui du mouvement
norme : égale à la valeur de la vitesse instantanée.
Lorsqu’on représente le vecteur vitesse, sa longueur et proportionnelle à la valeur de la vitesse ; il faut préciser l’échelle utilisée.
Tracer le vecteur vitesse sur l’enregistrement aux points G1, G5 et G9 et M1, M5 et M9.
III/ Changement de référentiel
On veut maintenant décrire le mouvement de M par rapport à G. Comment peut-on faire ?
Utiliser le papier calque pour effectuer ce changement de référentiel. Décrire la trajectoire de M.
Tracer le vecteur vitesse pour trois positions de M dans ce nouveau référentiel. Préciser les calculs.