TP n°5 de physique : équilibre d`un solide

TP n°5 de physique : équilibre d’un solide
Objectifs :
chap. P3
Déterminer les conditions d’équilibre d’un solide soumis à deux puis trois forces.
Utiliser l’équilibre d’un solide pour déterminer la valeur d’une force.
Le référentiel est ici le référentiel terrestre lié à la salle de classe.
Le solide est un morceau de carton perforé, de forme quelconque. Les forces sont exercées par des dynamomètres ce qui nous
permet de connaître leurs valeurs. On ne s’intéressera qu’aux forces s’exerçant dans un plan horizontal : le poids n’interviendra
pas. L’un des dynamomètres sera attaché à la potence, ce qui permettra de l’éloigné de la plaque.
Afin de réaliser des schémas précis, vous pourrez placer votre feuille sous l’objet afin de bien noter les directions des forces.
Définition à connaître :
La droite d’action d’une force est la droite ayant la direction de la force et passant par le point d’application de la force.
L’équilibre d’un solide correspond à l’application, dans un cas particulier, du principe d’inertie. Enoncer ce principe.
I/ Equilibre d’un solide soumis à deux forces
Placer l’objet au centre de la plaque, y fixer deux dynamomètres.
Noter les indications des dynamomètres.
Sur votre feuille, représenter l’objet et les forces qu’il subit. L’échelle utilisée sera précisée.
Quelle est la relation entre les deux vecteurs force ?
Tracer les droites d’actions de ces forces. Que remarque-t-on ?
Conclusion : énoncer deux conditions d’équilibre d’un objet soumis à deux forces.
II/ Equilibre d’un solide soumis à trois forces non parallèles
Placer l’objet au centre de la plaque, y fixer trois dynamomètres.
Noter les indications des dynamomètres.
Sur votre feuille, représenter l’objet et les forces qu’il subit. L’échelle utilisée sera précisée.
A l’aide d’une règle et d’une équerre, construire la somme vectorielle des trois forces.
Tracer les droites d’actions de ces forces. Que remarque-t-on ?
Conclusion : énoncer deux conditions d’équilibre d’un objet soumis à trois forces.
III/ Projection dans un repère orthonormé
Choisir un repère orthonormé. Représenter les trois forces précédentes dans ce repère, les vecteurs partant tous de l’origine du
repère. Projeter les vecteurs sur les axes et donner leurs coordonnées. Calculer les coordonnées de la résultante. Le résultat est-il
en accord avec le précédent ?
IV/ Utilisation des résultats précédents
1) pendule suspendu à un fil
Schématiser l’expérience. Faire le bilan des forces. Déterminer la tension du fil si la masse du pendule est de 100 g.
2) pendule en fer suspendu à un fil proche d’un aimant
Schématiser l’expérience. Faire le bilan des forces. On mesure un angle  = 5° entre le fil et la verticale. Déterminer la tension du
fil si la masse du pendule est de 100 g. En déduire la valeur de la force exercée par l’aimant.
Remarque : l’action de l’aimant est horizontale.
3) Boîte d’allumette sur un plan incliné
Une boîte de 25 g reste immobile sur un plan incliné de 30°.
Schématiser l’expérience. Faire le bilan des forces. Déterminer le point d’application de la réaction du support. Déterminer la
valeur de la force de frottements entre le support et la boîte.