Simulations de mouvements
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PHYSIQUE SIMULATIONS DE MOUVEMENTS Chap.20 OBJECTIFS : Etudier par simulation l'influence de la vitesse initiale sur la chute d'un corps dans le vide. Expliquer la nature de la trajectoire de la Lune autour de la Terre Les simulations de trajectoire d'un projectile seront effectuées grâce au logiciel Dynamic. Utiliser les menus ou le tableau d’icônes sur la feuille jointe. I. Mouvement d'un projectile dans le champ de pesanteur terrestre au voisinage du sol A. Etude de la trajectoire Lancer le logiciel Dynamic. Cliquer Fichier – Nouveau : choisir Projectile Cliquer Champ – g Cliquer sur l’icône Origine. Pointer avec la souris un point O en bas à gauche de la zone de travail. Cliquer sur l’icône Axes. Cliquer sur l’icône Vitesse initiale. Cliquer sur l'origine O, maintenir le clic et déplacer la souris pour créer un vecteur vitesse initiale avec un angle de 45° environ. Cliquer Initialiser – Vitesse – Modifier: choisir V = 14,1 m.s-1 et = 45°. Cliquer Trajectoire – option: choisir trait continu. Cliquer Trajectoire – Tracé. 1) Définir le système et le référentiel d'étude. 2) Reproduire la trajectoire sur votre compte-rendu. Quel est le type de la trajectoire ? 3) On note S le sommet de la trajectoire et P le point correspondant à la portée du tir. Cliquer Outils – Position : avec le curseur, déterminer et noter les coordonnées xS et yS du sommet S de la trajectoire et les coordonnées xP et yP de la portée P. Comparer xP et xS : conclusion ? 4) Cliquer Outils – vitesse : tracer quelques vecteurs vitesses Error! sur la trajectoire et les reproduire sur votre schéma. Comment sont orientés les vecteurs Error! le long de la trajectoire ? Supprimer les vecteurs vitesse : Outil – Supprimer Outils. Trajectoire – Réinitialiser B. Influence de l'angle de tir et de la vitesse initiale V0 Copier le tableau Simulations Simulation n°1 vx = 8 m.s -1 Simulation n°2 vx = 10 m.s -1 Simulation n°3 vx = 8 m.s-1 vy = 8 m.s-1 vy = 10 m.s-1 vy = 11,66 m.s -1 V0 (m.s-1 ) 11,3 14,1 14,1 (°) 45 45 56 Portée xP (en m) Altitude du sommet yS (en m) Réaliser les deux premières simulations : Entrer les valeurs de V0 et (Initialiser – Vitesse – Modifier) Déterminer avec le curseur: xP et yS (Outils – Position). 1) Dessiner l'allure des deux trajectoires sur votre compte-rendu et les repérer pour les deux premières simulations. Quel est le paramètre constant ? Quel est le paramètre qui varie ? 18/04/2017 582699711 1/4 2) Comment varient la portée et l'altitude du sommet en fonction de V 0 ( constant) ? 3) Ajouter la simulation n°3. Comparer V0 et pour les simulations n°2 et n°3 ? Comment varient la portée et l'altitude du sommet lorsque augmente (V0 constante) ? 4) On fixe V0 ; pour quelle valeur de l'altitude du sommet S est-elle maximale ? 18/04/2017 582699711 2/4 II. « Chute » de la lune A. Mouvement dans le référentiel géocentrique Le logiciel contient un fichier "lune.dat" qui correspond au mouvement de la Lune dans le référentiel géocentrique. Faites Fichier Ouvrir puis choisir lune.dat. Lancer le tracé. On peut déterminer R le rayon de l'orbite lunaire avec l'outil "Règle" puis la vitesse en plusieurs points de l'orbite avec l'outil "Vitesse" 1) Mesurer la distance minimale puis la distance maximale entre la Terre et la Lune 2) Quel est la trajectoire de la Lune dans un référentiel géocentrique ? B. Forces et mouvement. Rôle de la vitesse initiale 3) La Lune est-elle soumise à des forces ? Laquelle ou lesquelles ? 4) Pourquoi ne tombe-t-elle pas sur la Terre ? Vérifier les réponses ou les hypothèses avec le logiciel : modifier la vitesse initiale la valeur de cette vitesse (Faire Initialiser – Vitesse – Modifier) ; Prendre par exemple 600 m/s vers le haut, en modifiant aussi le paramètre dt (prendre 200s). Lancer le tracé. Prendre 1200m/s vers le bas (avec dt = 600s) et tracer dans les deux cas la trajectoire. Lancer le tracé. Attention, ne pas modifier l'ancien fichier lune.dat. 5) Compléter le tableau suivant. v (m.s-1) dt (s) 1027 400 600 200 1200 600 distance minimale (m) distance maximale (m) trajectoire observée III. Mouvements dans les cas de … A. Forces qui se compensent Grâce à Dynamic on peut imaginer un espace loin de tout astre où une masse ne subirait aucune action gravitationnelle : faire g = 0 m/s². 1) Quel est le poids d'un objet de masse m dans cette hypothèse ? En pratique ceci n’est bien sûr jamais réalisé, mais des résultats analogues sont obtenus si le poids est exactement « compensé » par une autre force. C’était le cas avec un palet autoporteur sur table horizontale. Donner une vitesse initiale (de 0 à 15 m/s, valeurs et direction à votre choix, différentes selon les binômes). 2) Faire des hypothèses sur la nature du mouvement (quel principe utilisez-vous ?). Vérifier par simulation. 3) Noter les conclusions. B. Force constante non compensée agissant sur une masse initialement immobile 1) Que se passe-t-il si on exerce une force constante sur une masse ? Vérifier par simulation en choisissant par exemple O à gauche, dt = 0,1s ; m = 1 kg , pas de vitesse initiale et (icône force) une force horizontale voisine de 8 N vers la droite. 18/04/2017 582699711 3/4 2) Etudier la trajectoire et la vitesse. 3) Modifier uniquement la masse et comparer les résultats. C. Force constante agissant sur une masse lancée avec une vitesse initiale non nulle 1) Force et vitesse initiale de même direction et de même sens Choisir dt = 0,1s ; m = 1 kg, une vitesse initiale horizontale vers la droite voisine de 10 m/s et une force horizontale de même sens voisine de 8 N. Prévoir le mouvement. Vérifier par simulation 2) Force et vitesse initiale de même direction et de sens contraires Même travail que précédemment, mais avec O au milieu et la force de sens contraire. Noter la position du point où le mouvement change de sens. 3) Force et vitesse initiale perpendiculaires Même travail la force étant perpendiculaire à la vitesse initiale. Quelle est alors la nature du mouvement ? 18/04/2017 582699711 4/4
