Leçon – Chariot de Fletcher

Physique 1 de 8
© 2006 Alberta Education <www.learnalberta.ca>
Leçon – Chariot de Fletcher
L’applet Chariot de Fletcher simule le mouvement de deux blocs reliés par un fil
qui passe sur une poulie.
Préalables
L’élève devrait comprendre les propriétés de grandeur et de direction des vecteurs, et
devrait pouvoir additionner des vecteurs graphiquement par la méthode de mise bout à
bout. Il devrait également avoir une connaissance pratique de la trigonométrie
élémentaire.
Résultats d’apprentissage
L’élève acquerra une connaissance intuitive des concepts physiques de force
(particulièrement la tension), des schémas d’équilibre et de la deuxième loi du
mouvement de Newton. Le système étudié comprend des objets se déplaçant avec une
accélération constante. Les concepts relatifs au mouvement sous accélération
constante seront révisés durant la leçon.
Directives
L’élève devrait connaître les fonctions de l’applet, telles que décrites dans l’option Aide.
L’applet devrait être ouvert. Les directives présentées point par point dans le texte qui
suit doivent être exécutées dans l’applet. Il pourrait être nécessaire d’alterner entre les
directives et l’applet si l’espace écran est limité.
Contenu
Accélération observée
Accélération calculée d’après les masses des blocs
Tension du fil lors du déplacement des blocs
Annexe A – Équations des mouvements sous accélération constante

Physique 2 de 8
© 2006 Alberta Education <www.learnalberta.ca>
Accélération observée
Clique sur Réinitialiser .
L’arête inférieure du bloc 2 se trouvera
alors à la hauteur h = 1,30 m et la plate-
forme jaune, à la hauteur h = 0 m, comme
l’illustre la figure 1.
Les masses des blocs seront :
m
1
= 600 g
m
2
= 400 g
La masse de la poulie sera 0. Sauf
indication contraire, nous supposerons que
les masses ont ces valeurs tout au long de
la leçon.
Figure 1
Clique sur le bloc 1 et fais-le glisser jusqu’à ce que le bloc 2 soit à la hauteur
h = 3,00 m. Maximise ( ) la fenêtre de l’applet si tu ne peux pas faire glisser le
bloc 1 assez loin vers la gauche.
Clique sur Mise en marche et observe le mouvement des blocs. Décris ce
mouvement en utilisant les termes vitesse, temps et accélération.

Physique 3 de 8
© 2006 Alberta Education <www.learnalberta.ca>
On peut déterminer l’accélération des blocs en calculant la pente d’un graphique de
la vitesse en fonction du temps. Clique sur Recommencer et Intervalle durant
le mouvement. Enregistre la vitesse à chacun des temps mentionnés dans le
tableau qui suit.
Les valeurs du temps et de la vitesse figurent dans le coin supérieur
gauche de l’applet. Sers-toi de ces données pour construire un graphique
de la vitesse en fonction du temps.
Temps (t) s Vitesse (v) m/s
0 0
0,1 _________
0,2 _________
0,3
0,4 _________
0,5 _________
0,6
0,7 _________
0,8
0,9 _________
1,0 _________
Vitesse en fonction du temps
Calcule la pente (accélération) de la droite la mieux ajustée sur le graphique de la
vitesse en fonction du temps. Montre tes calculs ci-dessous.
La pente constante indique que l’accélération est constante. Compare ta valeur à
celle indiquée par l’applet (a = 3,92 m/s
2
).
Pourquoi devrait-on s’attendre à ce que l’accélération des blocs de l’expérience du
chariot de Fletcher soit constante?

Physique 4 de 8
© 2006 Alberta Education <www.learnalberta.ca>
La force de ____________ exercée sur le bloc 2, qui entraîne le système, est
constante. La deuxième loi du mouvement de Newton énonce que la force nette
qui s’exerce sur un objet est proportionnelle à l’accélération de cet objet. Donc, si
les forces qui s’exercent sur un objet sont constantes, il doit en être de même de
l’accélération de l’objet.
Accélération calculée d’après les masses des blocs
Un ingénieur qui veut concevoir un système possédant une certaine accélération doit
pouvoir calculer l’accélération d’après les paramètres qui définissent le système. Dans
le cas du chariot de Fletcher, ces paramètres sont les masses des deux blocs et la
grandeur de l’accélération due à la gravité (g).
Étant donné les paramètres qui suivent, comment peut-on calculer la grandeur de
l’accélération (a) des deux blocs?
Vue d’ensemble. L’application de la deuxième loi du mouvement de Newton aux
deux blocs séparément donnera deux équations à deux inconnues : l’accélération a
et la tension du fil T. (Les deux blocs ont une accélération de même grandeur a
parce qu’on suppose que le fil ne s’étire pas.) Soulignons que, pour une poulie sans
masse et sans frottement, et pour un fil sans masse, la tension T dans le fil est la
même de chaque côté de la poulie tout le long du fil et est égale aux grandeurs T
1
et
T
2
des forces exercées par le fil sur les blocs 1 et 2, respectivement :
T = T
1
= T
2
.
Le système de deux équations peut être résolu pour obtenir a et T.
Établissement des équations de base
Les axes des coordonnées sont définis dans l’applet.
Horizontal : positif vers la droite
Vertical : positif vers le bas

Physique 5 de 8
© 2006 Alberta Education <www.learnalberta.ca>
Clique sur Schéma d’équilibre (SE) pour illustrer les forces qui s’exercent sur
chaque bloc.
SE 1 : Équation pour le
bloc 1 : SE 2 : Équation pour le bloc 2 :
(*N
1
et W
1
s’annulent)
L’application de la
deuxième loi de
Newton (F
net
= ma) au
bloc 1 donne
l’équation suivante :
11
1
Tam
TF
net
=
= (1)
L’application de la deuxième
loi de Newton (F
net
= ma) au
bloc 2 donne l’équation
suivante :
222
22
)()(
Tgmam
TWF
net
−=
−++= (2)
Les équations (1) et (2) sont les équations fondamentales qui
gouvernent le mouvement du système.
a) Calcule la tension dans le fil si m
1
= 0,600 kg et a = 3,92 m/s
2
. Montre tes
calculs ci-dessous.
(Vérifie ta réponse au moyen de l’applet.)
b) Calcule la tension dans le fil si m
2
= 0,400 kg et a = 3,92 m/s
2
. Montre tes
calculs ci-dessous.
(Vérifie ta réponse au moyen de l’applet – elle devrait être identique à celle
que tu as obtenue à la partie (a).)
Résolution des équations pour l’accélération
L’addition des équations (1) et (2) permet
de supprimer T. gmamam
Tgmam
Tam
221
22
11
2
=+
−=+
=
L’introduction des valeurs de masse
donne :
)400,060,0(
)81,9)(400,0(
kgkg
m/skg
2
+
=a
La résolution pour l’accélération donne :
1,0a = 0,4g
a = (0,4)(9,81)