- enseignement Catholique

HGT - SCG
Physique – UAA3
Fiche d’expérience 2
AUTEUR : Laurent Delacre
Le plan incliné
Objectif d’apprentissage
Etablir les caractéristiques des forces exercées sur un chariot placé sur un plan incliné.
Matériel utilisé
1.
2.
3.
4.
Un plan incliné (par exemple une planche en pente)
Un chariot muni d’un crochet à l’arrière et d’un crochet en son centre, permettant de le soulever
Deux dynamomètres
Un rapporteur
Procédure
Première partie : détermination de la direction de la résistance du plan incliné.
Placer le chariot sur le plan incliné. Attacher un dynamomètre à l’arrière du chariot en le tenant
parallèlement au plan incliné. Mesurer l’intensité de la force ⃗⃗⃗⃗
𝐹|| exercée par le dynamomètre.
Attacher ensuite un deuxième dynamomètre au centre de l’objet. Soulever légèrement l’objet à l’aide de ce
deuxième dynamomètre, et faire varier l’angle entre ce dynamomètre et le plan incliné. Compléter le tableau
⃗⃗⃗1 est la force exercée par le dynamomètre parallèle au plan incliné, ⃗⃗⃗
suivant (𝐹
𝐹2 est le force exercée par le
deuxième dynamomètre, et α est l’angle formé par les prolongements des deux dynamomètres).
𝐹1 [N]
𝐹2 [N]
𝛼 [°]
70
80
90
100
110
Interpréter l’évolution de 𝐹1 en fonction de l’angle α. Pour quel angle a-t-elle une valeur proche de 𝐹|| ? Que
peut-on en conclure ?
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Deuxième partie : découverte du lien entre l’intensité des 3 forces (force parallèle au plan incliné, résistance
du plan incliné et poids du chariot)
La figure suivante représente le plan incliné, le sol, et la verticale reliant le point le plus haut du plan incliné
et le sol. Appelons h la hauteur de cette verticale, b la largeur de la base, l la longueur du plan incliné, et α
l’angle (aigu) formé entre la base et le plan incliné :
L’expérience à réaliser est pratiquement la même que celle de la première partie : soulever légèrement le
chariot à l’aide du deuxième dynamomètre (placé perpendiculairement au plan incliné), et mesurer
l’intensité des deux forces ⃗⃗⃗⃗
𝐹|| (force exercée par le dynamomètre parallèle au plan incliné) et ⃗⃗⃗⃗
𝐹┴ (force
exercée par le dynamomètre tenu perpendiculairement au plan incliné).
Compléter le tableau ci-dessous pour une première hauteur. Répéter l’expérience en modifiant la hauteur h
ou le poids ⃗⃗⃗
𝐹g du chariot.
h= ….
𝐹𝑔 [N]
b=…
𝐹|| [N]
l=…
𝐹┴ [N]
h/l = …
b/l = …
𝐹||
𝐹┴
𝐹g
𝐹𝑔
Comparer les valeurs des deux dernières colonnes avec les quotients h/l et b/l. Que peut-on en conclure ?
Prolongement
Dessiner les trois forces dans un triangle. Comparer ce triangle au triangle formé par h, b et l. Ces deux
triangles sont-ils semblables ? Pourquoi ? Interpréter les résultats de la deuxième expérience à l’aide de
ces triangles. Exprimer également h/l et b/l en fonction de l’angle alpha.
Développements attendus principalement visés
Justifier l’équilibre d’un objet soumis à plusieurs forces concourantes (C1).
L’élève justifie l’équilibre d’un objet soumis à plusieurs forces concourantes en montrant, par la méthode du
parallélogramme ou par celle du polygone de Varignon, que leur résultante est nulle.
Réaliser une situation d’équilibre (translation et rotation), la schématiser et la justifier par calcul (A1).
L’élève effectue le montage expérimental d’un système à l’équilibre soumis à plusieurs forces soit concourantes, soit
parallèles. Il relève les caractéristiques de ces forces, les représente et montre qu’elles vérifient les conditions
d’équilibre.
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