Travaux pratiques de mécanique newtonienne

Travaux pratiques
de mécanique
newtonienne
Cours de Physique
Générale
LPHY1113B-D
dispensé par les
professeurs
Eric Deleersnijder et
Thierry Fichefet*
DROP IT IN THE
BUCKET!
Edition 2013
-
2014
Olivier Lecomte(1), Elisabeth Crespin(1), Francisco Velasco Espejo(2)
(1) Assistant(e), UCL/SST/SC/PHYS (Faculté des Sciences) – UCL/ELI/ELIC (Earth and Life Institute)
(2) Technicien de laboratoire, SST/SC/PHYS (Faculté des Sciences).
* Coordinateur du cours LPHY1113B&D, C&E.

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Il était une fois, une bille, un rail…
Introduction
La physique, et en particulier la mécanique, est une science expérimentale. De ce
fait, si un certain nombre de notions théoriques fondamentales doivent être bien maitrisées
pour étudier un système en mécanique newtonienne, l’approche par l’expérience aide souvent
à l’appréhension des équations régissant l’évolution d’un corps en mouvement soumis à
diverses forces. Par ailleurs, des mouvements simples tels que la chute libre, le roulement sans
glissement ou le choc peuvent être facilement observés en laboratoire dans le cadre
d’expériences originales et didactiques.
Souvent, les travaux pratiques en physique sont abordés selon la philosophie
« vérification des lois ». Une expérience est réalisée dans le but de vérifier si une loi physique
est respectée, aux erreurs (systématiques ou aléatoires) près. L’approche proposée ici est
différente dans la mesure où il s’agira d’appliquer ces lois dans un contexte concret et suscitant
l’intérêt de l’étudiant.
Le travail est proposé sous forme d’un projet que les étudiants réaliseront en
groupe de trois. Le but sera de prévoir le comportement du dispositif expérimental, après avoir
effectué les calculs théoriques relatifs aux divers mouvements du mécanisme. La réalisation
finale de l’expérience permettra de vérifier les prévisions du groupe de travail.

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Du point de vue pratique, les étudiants réaliseront ce travail en grande
autonomie, c’est l’aspect « projet ». L’assistant encadrant les séances dédiées à la réalisation de
ce projet aura évidemment pour rôle de contrôler l’avancement des différents groupes et de les
aider afin qu’ils progressent normalement au fil des séances, mais les étudiants auront
librement recours aux méthodes qu’ils souhaitent employer et devront avoir un esprit
particulièrement critique sur leurs propres résultats et hypothèses de travail.
Ce projet se conclura par la rédaction d’un rapport qui reprendra à la fois tous les
développements théoriques et les calculs numériques pour la réalisation du projet final. Une
grille de rapport sera fournie, afin de servir de guide pour répondre aux questions encadrées en
jaune posées dans ce syllabus. Ce rapport de projet sera la base de l’évaluation de la « partie
laboratoire » du cours PHY1113B-D. En complément, un test écrit aura lieu lors de la quatrième
séance de laboratoire.
Nous espérons que les étudiants profiteront des séances de travaux pratiques
pour nouer un véritable dialogue avec leur assistant(e) de façon à ce qu’il(elle) puisse leur
apporter une aide réellement efficace.
Nous tenons à remercier spécialement Sylvain Bouillon (anciennement assistant
pour le cours LPHY1113B&D) pour les discussions sur la conception de ce projet, François
Massonnet pour l’idée du titre du projet, et tous ceux qui ont collaboré à la réalisation de ce
projet de laboratoire.
L’équipe rédactrice de ce syllabus de laboratoire.
Remarque relative à l’inscription aux laboratoires :
L'inscription aux laboratoires est obligatoire: elle se déroule dans le local 207.10 (2ème étage)
du bâtiment Marie Curie le jeudi 19 septembre de 13:00 à 15:00 pour les bioingénieurs, et le
jeudi 26 septembre de 10:45 à 13:30 pour les biologistes, chimistes et géographes. Il est
indispensable de fournir une photographie au format passeport. Sont dispensés de laboratoire
les bisseurs qui ont obtenu une note supérieure ou égale à 12/20 aux laboratoires. La demande
de dispense est obligatoire et s'introduit au même moment que l'inscription aux laboratoires.

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Table des matières
INTRODUCTION 3
TABLE DES MATIÈRES 5
1. PRÉSENTATION GÉNÉRALE DU PROJET, PLANS ET MATÉRIEL UTILISÉ 6
INTRODUCTION ET SYNTAXE TECHNOLOGIQUE 6
TABLE DES NOTATIONS UTILISÉES 6
PLANS 7
DÉMARCHE GÉNÉRALE DE L’ÉTUDE 10
2. ELÉMENTS DE THÉORIE DES ERREURS 11
3. CINÉMATIQUE DE LA BILLE B1 19
4. DYNAMIQUE DE LA BILLE B0 22
5. CHOC BILLE B0 – GODET G1 ET MONTAGE FINAL 25