de travaux pratiques - Université Paris-Sud

Travaux Pratiques de M´ecanique
TP L1-S2 Phys103
Arne Keller
Elias Khan
Univ. Paris-Sud 11
2009

Table des mati`eres
I Pr´esentation g´en´erale du dispositif pour les TP1 et TP2 6
I.1 Banc `a coussin d’air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
I.2 Remarques importantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
II TP1 : mouvements de translation rectiligne 9
II.1 Configuration du Mat´eriel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
II.1 Mouvement rectiligne uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
II.1.1 Exp´erimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
II.2 Mouvement rectiligne uniform´ement vari´e . . . . . . . . . . . . . . 11
II.2.1 Principe du dispositif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
II.2.2 Mod´elisation........................ 11
II.2.3 Exp´erimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
III TP2 : Chocs `a une dimension 13
III.1 Configuration du mat´eriel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
III.2 Mod´elisation ............................. 14
III.3 Exp´erimentation ........................... 15
IV TP3 : Le pendule simple 17
IV.1 Configuration du Mat´eriel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
IV.2 Mod´elisation du pendule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
IV.3 Exp´erimentation : pendule simple vertical . . . . . . . . . . . . . . 19
IV.4 Exp´erimentation : pendule inclin´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
V TP4 : R´ef´erentiels en rotation – pseudo forces 21
V.1 PenduledeFoucault ......................... 22
V.1.1 Mod´elisation........................ 22
V.1.2 Exp´erimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
V.2 Plateforme en rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
V.2.1 Configuration du Mat´eriel . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4Table des mati`eres
V.2.2 Mod´elisation........................ 23
V.2.3 Exp´erimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
VI TP5 : Mesure du moment d’inertie d’un solide 26
VI.1 Configuration du Mat´eriel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
VI.2 Mod´elisation ............................. 27
VI.3 Exp´erimentation ........................... 28
A Documents 29
A.1 Incertitudes dans les mesures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
A.2 Elements de m´ecanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
A.3 El´ements th´eoriques relatifs au TP1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
A.4 El´ements th´eoriques relatifs au TP2 . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
A.5 El´ements th´eoriques relatifs au TP3 . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
A.6 El´ements th´eoriques relatifs au TP4 . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
A.7 El´ements th´eoriques relatifs au TP5 . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

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Ce fascicule pr´esente les cinq s´eances (Chapitres 2–6) de travaux pratiques (TP) de
physique du second semestre de licence `a l’universit´e Paris–Sud 11. Le premier chapitre
est une description g´en´erale du dispositif exp´erimental utilis´e pour les travaux pratiques
TP1 et TP2. Chaque chapitre est en g´en´eral divis´e en 3 sections. La premi`ere est une des-
cription du dispositif exp´erimental, la seconde pr´esente une mod´elisation de l’exp´erience
et la derni`ere pr´esente l’exp´erimentation que vous devez effectuer. De plus, `a chacune
des s´eances est associ´ee une annexe (Annexes A3–A7) qui introduit les ´el´ements th´eo-
riques n´ecessaires `a la compr´ehension du TP et `a sa mod´elisation. L’annexe A1 est une
introduction aux incertitudes dans les mesures et l’annexe A2 introduit des notions g´e-
n´erales de m´ecanique qui seront approfondies dans le cours et les travaux dirig´es (TD).
Le chapitre ainsi que les annexes correspondantes doivent imp´erativement ˆetre ´etudi´es
avant la s´eance de TP.
L’objectif de ces s´eances est de se retrouver face `a une situation concr`ete en relation
directe avec des notions abstraites que vous avez ´etudi´e (ou allez ´etudier) en cours et
en TD. On s’appliquera particuli`erement dans la confrontation entre les r´esultats exp´e-
rimentaux et les pr´edictions du mod`ele. C’est dans cette confrontation que l’estimation
et le calcul des incertitudes est crucial.
A la fin de chaque s´eance de travaux pratiques vous donnerez `a votre enseignant
un compte rendu de TP qui sera not´e. Ce compte rendu sera en g´en´eral compos´e des
´el´ements suivants :
•Une br`eve introduction.
•Pour chaque manipulation une description de la fa¸con dont on fait les mesures.
•Les r´esultats bruts des mesures (avant tout traitement). Par exemple : vous mesurez
des temps et des longueurs et non pas directement des vitesses.
•L’´evaluation des incertitudes sur les mesures.
•Les r´esultats apr`es traitements (calcul des vitesses ou des ´energies cin´etiques par
exemple). Cette partie pourra comporter des graphiques et des calculs d’incerti-
tudes.
•Souvent il y aura une comparaison avec un mod`ele th´eorique.
•Une conclusion (vos mesures sont elle en ad´equation avec le mod`ele th´eorique ?).
Vous pourrez disposer de vos comptes rendus lors des duex s´eances d’interrogation de
TP `a la fin du semestre.