Tracer des vecteurs vitesse et accélération d`u

P4TP1
DEUXIEME LOI DE NEWTON
VECTEURS VITESSE ET ACCELERATION
Objectifs :
Tracer des vecteurs vitesse et accélération d’un mobile sur une trajectoire enregistrée
- Vérifier expérimentalement la validité de la deuxième loi de Newton
I. MOUVEMENT RECTILIGNE (Enregistrement A)
1.
Conditions expérimentales
On lâche un mobile autoporté, de masse m, sur une table à coussin d’air inclinée d’un angle . On obtient
l’enregistrement A. La durée τ séparant deux marques consécutives est constante.
2. Etude mécanique préliminaire
a)
b)
c)
d)
e)
Définir le système et le référentiel
Représenter sur un schéma en coupe les forces extérieures appliquées au système.
Faire le bilan des forces extérieures appliquées au système
Exprimer leur résultante en fonction de m, et g. (g = 9,8 N.kg-1 )
Décrire la nature du mouvement du mobile.
3. Exploitation de l’enregistrement
a) Déterminer les caractéristiques et le point d’application de VG(t), vecteur vitesse du centre
d’inertie du mobile aux dates t4 et t6, puis t9 et t11. Conclure sur la nature du mouvement du
mobile.
b) Représenter sur l’enregistrement les quatre vecteurs vitesse avec l’échelle : 1 cm
0,1 m.s-1
c) Tracer puis déterminer la longueur du vecteur
aux dates t5 et t10.
4. Vecteur accélération
Le vecteur
est l’accélération du mobile à l’instant t. Il mesure le taux de variation
de la vitesse instantanée.
a) Calculer la quantité
aux deux dates t5 et t10.
b) Représenter les vecteurs
et
à une échelle que vous préciserez.
c) Comparer leur longueur à la quantité .
d) Quelle est la relation entre le vecteur accélération et la résultante des forces extérieures
appliquées au centre d’inertie du mobile ? (Deuxième loi de Newton)
II. MOUVEMENT PARABOLIQUE (Enregistrement B)
On lance, cette fois, le mobile vers le haut avec une vitesse initiale oblique par rapport à la ligne de plus
grande pente.
Refaire l’étude du paragraphe précédent.
Le vecteur accélération a-t-il changé ?
III.
1.
MOUVEMENT CIRCULAIRE (Enregistrement C)
Conditions expérimentales
Sur la table à coussin d’air en position horizontale, on lance le même mobile attaché à un point fixe par un
fil inextensible, de longueur R, en lui communiquant une vitesse initiale horizontale et perpendiculaire au
fil.
Mesurer R sur l’enregistrement : R =
2. Etude mécanique préliminaire
Refaire l’étude mécanique précédente.
3. Vecteur vitesse
Représenter avec beaucoup de soin sur l’enregistrement :
-
Les vecteurs vitesse
et
avec l’échelle : 1 cm
0,1 m.s-1
Le vecteur variation de vitesse
au point G5. Dans quelle direction pointe-t-il ?
4. Vecteur accélération
a) Mesurer la longueur du vecteur variation de vitesse en respectant l’échelle et calculer
l’accélération
b) Comparer a et la quantité
.
c) Conclure.
Dans un mouvement circulaire uniforme, l’accélération s’écrit :
où
est un vecteur unitaire normal à la trajectoire et dirigé vers le centre de la trajectoire.