Etude énergétique et dynamique d`un mouvement dans le champ de

1ère S TP physique 07
Etude énergétique et dynamique d’un lancer de balle
Objectif.
Etudier les variations d’énergie, ainsi que
les propriétés de la vitesse, au cours du
lancer d’un ballon.
Données.
- Accélération de la pesanteur : g = 9,8 m.s-2
(ou constante de pesanteur : g = 9,8 N.kg-1).
- La masse du ballon est m = 380 g.
Questions préalables.
 Définir le référentiel d’étude.
 Effectuer un bilan des forces
possibles, les représenter sur le schéma
ci-contre.
 Soit (O, x, z) le repère choisi dans le référentiel d’étude supposé galiléen.
 L’énergie cinétique de translation d’un solide de masse m est : Ec =
2
G
vm
2
1
.
Rappeler les unités.
Exprimer la valeur de la vitesse en fonction des coordonnées vx et vz du vecteur vitesse
G
v
.
En déduire l’expression de l’énergie cinétique.
 L’énergie potentielle de pesanteur d’un solide de masse m dont le centre d’inertie est à
l’altitude zG peut être définie par la relation : Ep = m.g.zG.
Préciser les unités.
 L’énergie mécanique est la somme de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle :
Em = Ec + Ep.
Acquisition des mesures.
Ouvrir sous « Généris 5 » le document « ballon.avi ».
Effectuer l’étalonnage : définition des axes et de l’échelle. Lancer l’acquisition des positions
successives du mobile. Ne pas oublier d’arrêter l’acquisition en fin d’opération.
Les coordonnées de la balle seront nommées x et z. Enregistrer sous « ballon.lab ».
Traitement des données.
A l’aide du tableur, calculer pour chaque date :
 les coordonnées vx et vz du vecteur vitesse,
 l’énergie cinétique Ec.
 l’énergie potentielle de pesanteur Ep.
 l’énergie mécanique Em = Ec + Ep.
x
C
z
O (G0)
G
zG
vx
vz
G
v

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Exploitation.
2.1. Trajectoire.
Effectuer le tracé de la trajectoire.
 Déterminer les coordonnées du sommet S de la trajectoire et du dernier point C.
2.2. Etude énergétique.
a. Energie cinétique et énergie potentielle.
Tracer les courbes Ec(x), Ep(x). Les courbes obtenues sont fournies en documents.
 Décrire l’évolution de l’énergie cinétique au cours du mouvement.
 Décrire l’évolution de l’énergie potentielle au cours du mouvement.
 Comparer leurs évolutions au cours du mouvement.
b. Energie potentielle et énergie mécanique.
Tracer les courbes Ep(x) et Em(x). Les courbes obtenues sont aussi fournies.
Décrire l’évolution de l’énergie mécanique au cours du mouvement.
Peut-on négliger les forces de frottement ? Justifier. En cas de réponse négative,
évaluer leur travail (la diminution d’énergie mécanique est égale au travail des forces de
frottements).
Faire figurer sur le document imprimé, pour une valeur donnée de x, les valeurs de E p,
E m puis E c. Retrouver, à partir du graphique, les variations de ces grandeurs au cours
du mouvement.
2.3. Etude dynamique.
a. « Mouvement horizontal» de la balle.
Tracer x(t) et vx(t).
 Commenter, expliquer. Modéliser vx(t).
b. «Mouvement vertical» de la balle.
 Commenter l’évolution de vz(t). On a également tracé, document joint, vz(t).
 Commenter la courbe vz(t) .
 Déterminer la valeur de la vitesse vS et représenter le vecteur vitesse
S
v
au sommet de
la trajectoire.

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Courbes Ec(x) et Ep(x)
Courbes Ep(x) et Em(x)

1ère S TP physique 07
Courbes x(t) et vx (t)
Courbe vz(t).
Trajectoire z(x).