Les lois de Newton

1ère S TP physique 05
Les lois de Newton
1. Vérification de la deuxième loi de Newton (document 1).
Un mobile autoporteur, de masse m = 220 g, de centre
d’inertie G est relié à une extrémité d’un ressort de masse
négligeable, l’autre extrémité étant fixée en un point O à la
table à digitaliser horizontale.
Le mobile est lancé sur la table, la trajectoire de G est à l'échelle 1 et la durée entre 2 enregistrements est
 = 40 ms.
Ressort à vide, la longueur OG vaut lv = 15,0 cm. La constante de raideur du ressort est k = 10 N.m-1.
1.1. Définir le système étudié et le référentiel d'étude.
1.2. Etablir le bilan des forces extérieures appliquées au système. Faire un schéma (vue de profil) où
seront représentées ces forces sans considération d'échelle.
Déterminer la résultante des forces appliquées au système.
1.3. Calculer puis représenter la résultante des forces aux dates t2 et t8. Echelle : 1 cm pour 0,1 N.
1.4. Déterminer et construire les vecteurs vitesses du centre d’inertie aux dates t1, t3, t7 et t9.
Echelle : 1 cm pour 0,1 m.s-1.
1.5. Déterminer et construire les vecteurs variations de vitesses
2
v
et
8
v
aux dates t2 et t8.
1.6. La 2ème loi de Newton est-elle vérifiée ? Justifier avec soin.
2. Etude d’un choc : centre d’inertie, interactions (document 2).
Le document ci-dessus représente les positions
successives des centres d’inertie A et B de deux
palets lors d’un choc sur une aérotable
horizontale.
Données. Echelle 1. Durée entre deux prises de vue :
25
1
s. Masses : mB = 2 mA ; mB = 200 g.
2.1. Définir le référentiel d’étude.
2.2. Système étudié : l’ensemble des 2 palets
BA
.
Le centre d’inertie G d’un système de 2 points matériels est aussi son centre de masse, c’est-à-dire le
barycentre de ces deux points affectés des coefficients masses.
a. Ecrire la relation entre mB, GB, mA et GA, puis la relation vectorielle correspondante.
b. Déterminer les positions successives du centre d’inertie G du système.
En déduire la nature du mouvement de G. Déterminer sa vitesse vG.
Représenter aux dates t4 et t6, les vecteurs vitesses instantanées
G
v
,
A
v
,
B
v
(1 cm pour 0,2 m.s-1).
c. En utilisant les lois de Newton, expliquer, avant, pendant et après le choc, les mouvements de A, B
et G. S’appuyer sur des schémas mettant en évidence les forces mises en jeu.
2.3. Système étudié : chacun des palets A et B au cours du choc.
a. Représenter à la date du choc les vecteurs variations de vitesses
A
v
et
B
v
de A et B.
b. Quelle relation y a-t-il entre
B/A
F
et
A/B
F
au cours du choc ? Justifier.
Représenter qualitativement ces forces sur le document.
c. Comparer
A
v
et
B
v
. Expliquer.
d. Calculer la valeur commune des forces d’interaction au cours du choc, sachant que
t
m F   v
O
G
A
B

1ère S TP physique 05
Document 1
O
G0

1ère S TP physique 05
Document 2
A
B
t0
t0