Expérience – La première loi de Newton : Aucune force nette

Expérience – La première loi de Newton : Aucune force nette
BUT
Le but de cette expérience est de comparer le mouvement d’un objet avec
une force nette d’appliquée au mouvement d’un objet où aucune force nette
n’est appliquée.
THÉORIE
Après avoir fait des expériences avec des balles qui roulaient sur
une rampe, Galilée a proposé qu’un objet en mouvement
continuerait son mouvement à l’infini s’il roulait sur une surface
qui était complètement lisse et dont la longueur était infinie.
Galilée a utilisé le mot « inertie » pour identifier la tendance d’un
objet à maintenir son état de mouvement.
Isaac Newton a développé les idées à Galilée. Quelles
conditions doivent existées pour qu’un objet maintienne son état
de mouvement? Newton a dit qu’un objet au repos a
tendance à demeurer au repos et qu’un objet en mouvement a
tendance à demeurer en mouvement s’il n’y a aucune force
nette qui agit sur l’objet. Dit d’une autre façon, si la force nette
qui agit sur un objet est égale à zéro, l’accélération (le
changement de mouvement) est aussi égale à zéro.
Figure 1 : Galileo (1564 –
1642)
ÉQUIPEMENT
Quantité
1
1
1
1
1
1
0,5 m
Équipement et matériaux
Xplorer GLX de PASPORT
Capteur de mouvement PASPORT
Piste PASCO de 1,2 m
Voiturette
Accessoire à éventail
Bloc à friction
Fils à poulie
PRÉCAUTIONS DE SÉCURITÉ
Suivre les directives pour l’utilisation de l’équipement.
Numéro de pièce
PS-2002
PS-2103
ME-6951
ME-9491
ME-9807
SE-8050
APERÇU
Utilise le capteur de mouvement pour mesurer le mouvement d’une voiturette
lorsqu’elle subit différentes forces. Utilise le Xplorer GLX pour enregistrer, visualiser
et analyser la position et la vitesse de la voiturette.
DÉMARCHES
Avant de commencer les démarches, réponds aux questions de la partie
PRÉDICTIONS dans le « Rapport de laboratoire ».
Montage du GLX
1. Démarre le GLX. Si les batteries ne sont pas chargées,
branche l’adaptateur AC.
2. Branche le capteur de mouvement à un des ports de
capteurs sur le haut du GLX. Place le commutateur
de distance à la position « près » (la voiturette). Ceci
ouvrira un graphique de position (m) en fonction du
temps (s).
Figure 1 Commutateur
de distance à la position
« loin ».
Montage de l’équipement
1. Mets une voiturette sur la
piste pour t’aider à
mettre la piste au niveau.
Il est important que la
Figure 2 : Montage de l’équipement.
piste soit au niveau afin
d’obtenir les meilleurs
résultats possibles.
2. Fixe le capteur de mouvement à un bout de la piste. Mets la voiturette à
environ 15 cm du capteur de mouvement. Ajuste l’angle du capteur
pour qu’il vise la voiturette.
Enregistrement de données
Note : La procédure est plus facile si une personne manipule la voiturette et une
deuxième personne contrôle le Xplorer GLX.
Partie 1 : Aucune force nette appliquée
1. Appuie sur le ▶ pour commencer l’enregistrement. Ne touche pas la
voiturette.
2. Après 3 secondes, appuie sur le ▶ pour arrêter l’enregistrement.
Partie 2 : Bloc à friction
1. Attache un fils à une
extrimité de la voiturette.
2. Place le bloc à friction,
feutre vers le haut, dans le
Figure 3 : Montage du bloc à friction.
plateau de la voiturette.
Place la voiturette à
l’envers, sur la piste, à
environ 15 cm du capteur de mouvement. Le fils doit faire face à
l’extrémité opposée du capteur de mouvement.
3. Appuie sur le ▶ pour commencer l’enregistrement. Attends une seconde
et tire brièvement la voiturette pour qu’elle s’éloigne du capteur de
mouvement.
4. Après 3 secondes, appuie sur le ▶ pour arrêter l’enregistrement.
Partie 3 : La voiturette à faible friction
1. Place la voiturette (sans
bloc à friction) à
l’endroit, sur la piste, à
environ 15 cm du
capteur de
mouvement.
2. Appuie sur le ▶ pour
Figure 4 : Montage de la voiturette.
commencer
l’enregistrement.
Attends une seconde et pousse doucement la voiturette pour qu’elle
s’éloigne du capteur de mouvement.
3. Après 3 secondes, appuie sur le ▶ pour arrêter l’enregistrement.
Partie 4 : Voiturette à éventail
1. Fixe l’accessoire à
éventail à la voiturette et
place la voiturette à
environ 15 cm du
capteur de mouvement.
2. Mets l’éventail en
marche, mais, garde la
Figure 4 : Montage de la voiturette avec
voiturette en place.
l’éventail.
Assure-toi que l’éventail
poussera la voiturette pour qu’elle s’éloigne du capteur de mouvement.
4. Appuie sur le ▶ pour commencer l’enregistrement. Attends une seconde
et relâche la voiturette.
3. Après 3 secondes, appuie sur le ▶ pour arrêter l’enregistrement. Arrête la
voiturette avant qu’elle atteigne la fin de la piste.
ANALYSE
Utilise l’écran Graphique afin d’analyser la position et la vitesse de chaque essai.
1. Pour changer l’écran Graphique afin de voir les données de différents
essais, appuie sur le √ pour activer le menu de l’axe vertical. Utilise les
flèches pour sélectionner « Exécutez ___ ». Appuie sur le √ pour ouvrir le
menu, sélectionne l’essai voulu et appuie sur le √ pour activer ton choix.
2. Pour changer le graphique pour qu’il représente la vitesse (m/s) en
fonction du temps appuie sur le √ pour activer le menu de l’axe vertical.
Appuie sur le √ pour ouvrir le menu. Sélectionne « Plus », appuie le √ pour
ouvrir le sous-menu, et sélectionne « Vitesse ». Appuie sur le √ pour activer
ton choix.
3. Pour déterminer la pente du graphique de la vitesse, appuie sur F3 pour
ouvrir le menu « Outils », sélectionne « Régression linéaire », et appuie sur le
√ pour activer ton choix.
4. Si nécessaire, ajuste la région du graphique qui est sélectionnée pour que
la droite de la « Régression linéaire » soit pour seulement le mouvement de
la voiturette. Appuie sur F3 et choisi « Changer outil ». Ceci te permet de
déplacer le deuxième curseur.
Note : La pente de la droite de « Régression linéaire » est l’accélération
moyenne de la voiturette.
5. Note la valeur de la pente dans le tableau 1 la section « Rapport de
laboratoire ».
6. Répète les étapes 1 à 5 pour les autres essais.
Nom : ______________________________
Date : ___________________
Expérience – La première loi de Newton : Aucune force nette
Rapport de laboratoire
PRÉDICTIONS
1. Qu’arrivera-t-il à un objet au repos si aucune force n’est appliquée?
2. Qu’arrivera-t-il à un objet au repos s’il est poussé, mais, une grande force
de frottement agit sur l’objet?
3. Qu’arrivera-t-il au mouvement d’un objet qui est poussé et très peut de
frottement agit sur l’objet?
4. Qu’arrivera-t-il au mouvement d’un objet s’il y a une force nette
constante appliquée sur l’objet?
DONNÉES
Fais une esquisse des données du capteur de mouvement pour la position en
fonction du temps. Fais l’esquisse pour les quatre essais sur le même graphique.
Identifie tes axes correctement (avec les unités) et inclus une légende.
Fais une esquisse des données du capteur de mouvement pour la vitesse en
fonction du temps. Fais l’esquisse pour les quatre essais sur le même graphique.
Identifie tes axes correctement (avec les unités) et inclus une légende
Tableau 1 : Accélération moyenne
Essais
1
2
3
4
Accélération (m/s2)
QUESTIONS
1. Que démontrent les graphiques du premier essai (aucune force
appliquée)?
2. Que démontre le graphique de la vitesse en fonction du temps pour le
deuxième essai (voiturette avec bloc à friction)?
3. Pourquoi est-ce que la voiturette continue à bouger dans le troisième
essai (voiturette à faible friction)?
4. Quel essai représente un mouvement en accélération constante?
5. Pourquoi est-ce que la voiturette sur le bloc à friction (deuxième essai)
arrête si rapidement?
6. Qu’arrive-t-il à un objet au repos si aucune force n’est appliquée?
7. Qu’arrive-t-il à un objet en mouvement si aucune force n’est appliquée?
8. Est-ce que tes résultats supportent tes prédictions? Explique.