I - Interactions et forces

REPRESENTATION DE FORCES ; CONDITIONS D’EQUILIBRE
(2 séances)
Objectifs :
 Réaliser une situation expérimentale permettant la mesure d’une force.
 Application au dynamomètre et à la mesure de la poussée d’Archimède.
 Déterminer les conditions nécessaires d’équilibre d’un corps soumis à deux et trois forces.
 Représenter des vecteurs forces.
I - Interactions et forces
On lance un médecine-ball à la verticale et on le rattrape.
1/ Faire le diagramme système-interaction correspondant à la phase de lancer. En déduire l’inventaire
des forces qui s’exercent sur le médecine-ball au cours de cette phase.
2/ Compléter le tableau suivant.
Lancer
Ascension
Descente
Réception
Représentation
des forces
II - Tension d’un ressort
1/ Réaliser le montage simple ci-contre.
2/ Le système étudié est la masse marquée.
Déterminer le diagramme système interaction.
3/ Représenter les forces qui agissent sur la masse marquée en précisant
l’échelle utilisée. Justifier avec vos connaissances acquises en seconde.
4/ Définir la tension du ressort (prof)
On note l la longueur du ressort en charge et l0, celle du ressort à vide ;
l’allongement est l = l – l0 ; il peut être positif ou négatif.
Dans l’expérience précédente, quel est le signe de l’allongement ?
5/ Pour différentes valeurs de la tension, mesurer l’allongement et compléter le tableau suivant :
Tension en newton
T (N)
Allongement
l = l – l0 (m)
Quelle relation mathématique existe-t-il entre ces deux grandeurs ?
6/Application
III – Mesure de la poussée d’Archimède
1/ Suspendre la masse à crochet à un dynamomètre.
Quelle est la valeur de la tension du ressort ?
Quelle est la valeur du poids ?
2/ La masse étant totalement immergée dans l’eau, quelle est la tension
T’ du ressort ?
3/ Mesurer le volume d’eau déplacé.
4/ Représenter les forces qui s’exercent sur la masse, à partir d’un
point, la masse étant dans l’eau
5/ Quelle relation existe entre ces forces ? Justifier avec vos
connaissances acquises en seconde.
6/ Calculer la valeur de la poussée d’Archimède et comparer cette valeur à celle du poids de l’eau
déplacé.
7/ Faire une phrase pour définir la poussée d’Archimède.
8/ Proposer un protocole expérimental pour déterminer la masse volumique d’un liquide.
2ième séance
IV – Equilibre d’un corps soumis à trois forces
Une plaque de carton est soumise à des forces par l’intermédiaire de fils.
1/ Lorsque le système est au repos, analyser toutes les forces qui agissent sur cette plaque en précisant les
caractéristiques.
Forces
direction
sens
intensité
2/ Déterminer le poids de la plaque en carton. Faut-il le prendre en compte ?
3/ Observer le montage de profil. Que peut-on dire des directions des forces.
4/ En utilisant la lampe, repérer sur une feuille A3 les directions de ces forces. Que remarque-t-on ?
Représenter les trois forces en indiquant l’échelle choisie.
Faire la somme vectorielle des vecteurs représentant les forces et conclure.
V – Détermination de l’action de la table à digitaliser inclinée sur le mobile autoporteur
Un mobile sur une table incliné est accroché à un dynamomètre. On mesure la tension du ressort dans le
cas ou la soufflerie fonctionne et lorsqu’elle ne fonctionne pas.
Données :
Masse du palet : m = 190,7g
Constante de gravitation terrestre : g = 9,81 N/kg
Inclinaison de la table par rapport à l’horizontale :  = 20°C
1/ Mesurer de la tension du ressort dans les deux cas.
2/ Représenter dans les deux cas, en respectant l’angle de 20°, et en utilisant une échelle, les vecteurs
forces P et T. Utiliser les résultats du IV 4/ pour déterminer l’action du plan de la table sur le mobile.
Comparer les résultats obtenus dans les deux cas et définir la force de frottement.
.
V – Détermination de l’action de la table à digitaliser inclinée sur le mobile autoporteur
Un mobile sur une table incliné est accroché à un dynamomètre. On mesure la tension du ressort dans le
cas ou la soufflerie fonctionne et lorsqu’elle ne fonctionne pas.
Données :
Masse du palet : m = 190,7g
Constante de gravitation terrestre : g = 9,81 N/kg
Inclinaison de la table par rapport à l’horizontale :  = 20°C
1/ Mesurer de la tension du ressort dans les deux cas.
2/ Représenter dans les deux cas, en respectant l’angle de 20°, et en utilisant une échelle, les vecteurs
forces P et T. Utiliser les résultats du IV 4/ pour déterminer l’action du plan de la table sur le mobile.
Comparer les résultats obtenus dans les deux cas et définir la force de frottement.
AVEC SOUFFLERIE
P = ........
T = ........
 = 20°
Echelle : 0,2 N 1cm
Par détermination graphique :
R = .......
Quel est la valeur de l’angle entre R et la table ?
SANS SOUFFLERIE
P = ........
T = ........
 = 20°
Echelle : 0,2 N 1cm
Par détermination graphique :
R = .......
L’angle entre R et la table vaut-il 90° ? ......................................................
Décomposer le vecteur R en deux vecteurs :
Quelle est la composante qui correspond à la force de frottement ? .........................
Déterminer la valeur de la force de frottement ? .......................................
FICHE MATERIEL
TP 1S Physique
RERESENTATION DES FORCES
1ère séance
Elèves :
-
Ressorts à spires non jointives de faible raideur (2 à 5N.kg-1)
Support avec règle graduée fixée sur la tige
Masses marquées à crochets
Eprouvette 100mL (plastique) + 1 masse de 50g à crochet
Grand bécher en PET
Dynamomètres à ressort (1N)
-
Prof :
dynamomètre 2 ou 5N à couple de torsion sur support
FICHE MATERIEL
TP 1S Physique
CONDITIONS D’EQUILIBRE
2ième séance
Prévoir salle R202 pour la table à digitaliser
Elèves :
- Plaque en carton pour l’étude de l’équilibre d’un corps soumis à trois forces avec 2poulies
-
aimantées
Support métallique
Masses marquées à crochets
Feuille A3
Compas
Règle graduée
lampe
-
Prof :
Table à digitaliser + dynamomètre 1N