
Chapitre 9. Activités expérimentales 1re S
Évolution des énergies lors d'une chute, suite à un lancer.
Compétences, capacités et attitudes à mettre en œuvre :
□ Réaliser le dispositif expérimental correspondant au protocole.
□ Travailler en autonomie.
□ Maîtriser certains gestes techniques, matériels ou logiciels.
□ Observer et décrire les phénomènes.
□ Extraire des informations des données expérimentales et les exploiter.
□ Formuler une hypothèse et proposer une méthode pour la valider.
□ Élaborer, choisir et utiliser un modèle adapté.
Plus l'altitude d'un corps est importante et plus il a accumulé de l'énergie qu'il pourra potentiellement restituer
en redescendant.
Cette énergie liée à l'altitude est appelée énergie potentielle de pesanteur
E
pp (en J) et a pour expression :
avec
m
la masse du corps (en kg),
g
l'intensité du champ de pesanteur (en N.kg-1) et
z
l'altitude de son centre
d'inertie (en m) en considérant comme référence que cette énergie est nulle pour une altitude nulle.
Plus la vitesse d'un corps est importante et plus il a accumulé de l'énergie.
Cette énergie liée à la vitesse est appelée énergie cinétique
E
c (en J) et a pour expression :
avec
m
la masse du corps (en kg) et
v
la vitesse de son centre d'inertie (en m.s-1) généralement par rapport au
référentiel terrestre.
On appelle énergie mécanique
E
m (en J) la somme des deux énergies précédentes :
Un joueur de pétanque lance sa boule en réalisant une chute "plombée", c’est-à-dire en faisant en sorte qu’à
l’arrivée la boule ait une trajectoire aussi proche de la verticale que possible de manière à se caler dans le trou
de son impact au sol.
1. Comment varient, selon vous, les énergies potentielle de pesanteur et cinétique de la boule à partir de
l’instant où celle-ci a quitté la main du joueur jusqu’au moment où elle va toucher le sol ?
2. En utilisant la vidéo "petanque" (à partir du moment où la 2e boule a quitté la main de l'expérimentateur et
jusqu'à ce qu'elle s'apprête à toucher le sol) faire une acquisition expérimentale des positions de la boule grâce
au logiciel AviStep (25 images par seconde donc 1 image chaque 0,04 seconde , masse de la boule = 730 g ,
hauteur des chaises en bordure de pelouse = 0,75 m).
3. Exporter ces données vers Regressi.
4. Changer le nom de la variable
Date
en
t
,
x
1 en
x
et
y
1 en
z
(axe vertical vers le haut).
5. Afficher une seule courbe : la trajectoire de la boule.
6. Faire calculer l'énergie potentielle de pesanteur de la boule :
l'énergie potentielle de pesanteur au point n°
i
est :
E
pp,
i
= …
ce qui s'écrit sous Regressi : Epp=…
7. Faire calculer l'énergie cinétique de la boule :
- en utilisant le repère
x,z
, la distance entre les points n°
i
-1 et
i
+1 est :
di
= …
ce qui s'écrit sous Regressi : d…
- la vitesse au point n°
i
est donc :
vi
= …
ce qui s'écrit sous Regressi : v…
- l'énergie cinétique au point n°
i
est donc :
E
c,
i
= …
ce qui s'écrit sous Regressi : Ec…
8. Avec Regressi, faire apparaître sur un même graphe les courbes représentant l'énergie potentielle de
pesanteur et l'énergie cinétique de la boule en fonction du temps.
9. A l'aide de ces courbes, décrire quel semble être le lien entre l'énergie potentielle de pesanteur et l'énergie
cinétique de la boule.
10. Que peut-on alors dire de l'énergie mécanique de la boule ? Le vérifier expérimentalement.
11. Quel est le lien entre l'énergie potentielle de pesanteur et l'énergie cinétique de la boule ?