- enseignement Catholique

HGT - SCG
Physique – UAA3
Fiche d’expérience 2
AUTEUR : Laurent Delacre
Le plan incliné
Objectif d’apprentissage
Etablir les caractéristiques des forces exercées sur un chariot placé sur un plan incliné.
Matériel utilisé
1.
2.
3.
4.
5.
Un plan incliné (par exemple une planche en pente)
Un chariot muni d’un crochet à l’arrière et d’un crochet en son centre, permettant de le soulever
Deux dynamomètres
Ficelle
Un rapporteur
Procédure
Première partie : détermination de la direction de la résistance du plan incliné.
Placer le chariot sur le plan incliné. Par l’intermédiaire d’un morceau de ficelle, attacher un dynamomètre à
l’arrière du chariot en le tenant parallèlement au plan incliné. Mesurer l’intensité de la force ⃗⃗⃗⃗
𝐹|| exercée par
le dynamomètre.
Attacher ensuite un deuxième dynamomètre (par l’intermédiaire d’un autre morceau de ficelle) au centre de
l’objet. Soulever légèrement l’objet à l’aide de ce deuxième dynamomètre, et faire varier l’angle entre ce
⃗⃗⃗1 est la force exercée par le dynamomètre
dynamomètre et le plan incliné. Compléter le tableau suivant (𝐹
parallèle au plan incliné, ⃗⃗⃗
𝐹2 est le force exercée par le deuxième dynamomètre, et 𝛿 est l’angle formé par
les deux morceaux de ficelles).
𝐹1 [N]
𝐹2 [N]
𝛿 [°]
70
80
90
100
110
Interpréter l’évolution de 𝐹1 en fonction de l’angle 𝛿 . Pour quel angle a-t-elle une valeur proche de 𝐹|| ? Que
peut-on en conclure ?
SCGPHY UAA3 FE2 161007
Deuxième partie : découverte du lien entre l’intensité des 3 forces (force parallèle au plan incliné, résistance
du plan incliné et poids du chariot)
La figure suivante représente le plan incliné, le sol, et la verticale reliant le point le plus haut du plan incliné
et le sol. Appelons h la hauteur de cette verticale, b la longueur de la base, l la longueur du plan incliné, et α
l’angle (aigu) formé entre la base et le plan incliné :
L’expérience à réaliser nécessite le même montage que celle de la première partie : soulever légèrement le
chariot à l’aide du deuxième dynamomètre (placé perpendiculairement au plan incliné), et mesurer
l’intensité des deux forces ⃗⃗⃗⃗
𝐹|| (force exercée par le dynamomètre parallèle au plan incliné) et ⃗⃗⃗⃗
𝐹┴ (force
exercée par le dynamomètre tenu perpendiculairement au plan incliné).
Répéter l’expérience en modifiant la hauteur h et/ou le poids ⃗⃗⃗
𝐹g du chariot et insérer les mesures des
différentes grandeurs demandées dans le tableau ci-dessous.
l=…
𝐹𝑔 [N]
𝐹|| [N]
𝐹┴ [N]
𝐹||
𝐹┴
𝐹g
𝐹𝑔
Comparer les valeurs des quotients des forces
Que peut-on en conclure ? (
𝐹||
𝐹g
et
𝐹┴
𝐹𝑔
𝐹||
𝐹g
et
𝐹┴
𝐹𝑔
ℎ [m]
avec quotients
ℎ
𝑙
ℎ
𝑙
𝑙 [m]
et
𝑏
𝑙
𝑏
𝑙
des deux dernières colonnes.
sont pratiquement égaux respectivement à
ℎ
𝑙
et
𝑏
𝑙
)
Prolongement
Dessiner le triangle formé par les trois forces. Comparer ce triangle au triangle formé par h, b et l. Ces deux
triangles sont-ils semblables ? Pourquoi ? Interpréter les résultats de la deuxième expérience à l’aide de
ces triangles. Exprimer également h/l et b/l en fonction de l’angle alpha.
En concertation avec le cours de math. de 4ème, montrer que les vecteurs opposés à ⃗⃗⃗⃗
𝐹|| 𝑒𝑡 ⃗⃗⃗⃗
𝐹┴ correspondent
aux composantes parallèle et perpendiculaire au plan du poids ⃗⃗⃗
𝐹g du chariot.
Développements attendus principalement visés
Justifier l’équilibre d’un objet soumis à plusieurs forces concourantes (C1).
L’élève justifie l’équilibre d’un objet soumis à plusieurs forces concourantes en montrant, par la méthode du
parallélogramme ou par celle du polygone de Varignon, que leur résultante est nulle.
Réaliser une situation d’équilibre (translation et rotation), la schématiser et la justifier par calcul (A1).
L’élève effectue le montage expérimental d’un système à l’équilibre soumis à plusieurs forces soit concourantes, soit
parallèles. Il relève les caractéristiques de ces forces, les représente et montre qu’elles vérifient les conditions
d’équilibre.
SCGPHY UAA3 FE2 161007