Étude de quelques mouvements
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Classe de 2nde — TP de PHYSIQUE — Mécanique Étude de quelques mouvements Un compte rendu soigné et concis par binôme doit être réalisé sur traitement de texte. Sur ce compte-rendu doivent figurer : la photo de l’expérience, les tableaux de mesures, les détails des calculs et les résultats, les graphes demandés. 1–Introduction Ce TP comporte 3 parties : 1. Étude d’un mouvement rectiligne uniforme (mru) : Dans cette partie, il s’agit de déterminer la vitesse constante d’un objet se déplaçant horizontalement. 2. Étude d’un mouvement rectiligne uniformément accéléré (mrua) : Dans cette partie, il s’agit d’une chute sans vitesse initiale. Il s’agit de déterminer l’accélération d’un objet tombant verticalement. 3. Étude d’un mouvement curviligne : Dans cette partie, il s’agit du mouvement parabolique obtenu en lançant un objet. Les 2 premières parties sont des révisions des notions vues en 4e (vitesse) et en 3e (accélération, énergie). Quelques notions complémentaires sont ajoutées. 2–Formulaire 2.1–Vitesse vitesse moyenne = distance durée vx = ∆x ∆t si la vitesse est suivant l’axe x 2.2–Accélération accélération moyenne = augmentation de vitesse durée ay = ∆v y si l’accélération est suivant l’axe y ∆t 2.3–Énergie Énergie cinétique 1 · m · v2 2 Ep = m · g · h Ec = Énergie potentielle h est l’altitude de la masse m par rapport à un plan de référence horizontal arbitrairement choisi (souvent ce plan horizontal est le sol). Énergie mécanique Em = Ec + E p 2.4–Unités et conversions grandeur système MKS conversion xy m m kg P N t s 1 h = 60 min v m/s 1 m/s = 3,6 km/h a m/s2 1 m/s2 = 1 N/kg E J 1/ 3 1 min = 60 s Classe de 2nde — TP de PHYSIQUE — Mécanique 3–Vidéos de mouvements Chaque mouvement est étudié à l’aide d’une vidéo, image par image. 3.1–Mouvement rectiligne uniforme Cliquer sur L’icône R EGRESSI (sur le Bureau ou dans le dossier Physique) puis faire Fichier/Nouveau/Video pour se retrouver sur un nouveau logiciel appelé R EGAVI. Faire Ouvrir un fichier. Au tableau est affiché le détail de l’arborescence à suivre permettant d’ouvrir le fichier choc.avi Objectif : Cette vidéo montre un choc entre 2 masses différentes m 1 et m 2 . Avant le choc la masse m 1 a une vitesse v 1 et la masse m 2 est immobile. Après le choc la masse m 1 a une autre vitesse v 10 plus petite que v 1 et la masse m 2 a une vitesse v 20 . Les 3 vitesses sont constantes mais différentes car il y a sur cette vidéo 3 mouvements rectilignes uniformes : 2 pour la masse m 1 et 1 pour ma masse m 2 . L’étude image par image doit permettre de trouver la valeur de chacune de ces vitesses. Méthode : Un curseur placé dans la partie inférieure de la vidéo permet de choisir la première image après le lâcher de la masse m1 . Cliquer sur l’icône Origine puis sur le milieu du point blanc de la masse m 1 : un système d’axes doit s’y installer. Un gabarit de 20 cm va permettre d’installer l’échelle de mesure. Il y a 3 clics successifs à réaliser : d’abord sur l’icône Échelle puis sur l’extrémité gauche du gabarit et enfin sur l’extrémité droite du gabarit. Une fenêtre doit alors s’ouvrir : indiquer 0,20 sans ajouter l’unité m (l’unité mètre est prise en compte automatiquement) Si le système d’axes n’est pas orienté vers la droite et vers le haut, on peut modifier en cliquant sur le petit triangle à droite de l’icône Échelle. Il y a maintenant une série de clics à réaliser : d’abord sur l’icône Mesures puis sur le centre du point blanc de la masse m 1 ; la vidéo passe alors à l’image suivante : cliquer de nouveau sur le centre du point blanc de la masse m 1 et ainsi de suite jusque juste avant le choc. Remarques : — En cas d’erreur on peut revenir en arrière en cliquant sur l’icône Défaire. — Si les points obtenus sont trop serrés, au lieu de travailler image par image on peut travailler toutes les 2, 3, 4 ou 5 images : pour cela dans la bandeau gauche de l’écran il suffit de monter l’indicateur du nombre de trames à 2, 3, 4 ou 5. — Après avoir cliqué sur l’icône Mesures, le premier clic sur la vidéo ouvre un tableau à 3 colonnes t , x, et y à droite sur l’écran. t = 0 pour la première image, x et y sont les coordonnées du clic dans le système d’axes et l’échelle installés. — Si dans la première ligne du tableau t n’est pas égal à 0, cliquer sur l’icône t=0 puis sur la case du tableau dans laquelle t doit être égal à 0. Compte-rendu : En utilisant 2 lignes éloignées du tableau des mesures, trouver v 1 en m/s et en km/h Refaire le même travail pour aboutir à v 10 Refaire le même travail pour aboutir à v 20 3.2–Mouvement rectiligne uniformément accéléré Cliquer sur L’icône R EGRESSI puis faire Fichier/Nouveau/Video pour se retrouver sur R EGAVI. Faire Ouvrir un fichier. Au tableau est affiché le détail de l’arborescence à suivre permettant d’ouvrir le fichier chute.avi Objectif : Cette vidéo montre une balle de tennis en chute quasi-libre lâchée sans vitesse initiale. La vitesse augmente régulièrement : on veut déterminer la valeur de l’accélération de la chute. Travail à effectuer : Faire le pointé image par image du centre de la balle de tennis en prenant comme première image 2 ou 3 images après le lâcher. Choisir un système d’axes orienté vers le bas. Compte-rendu : Choisir 2 lignes éloignées du tableau (2e ou 3e à partir du début et de la fin du tableau) correspondant à 2 pointés particuliers A et B. Calculer v A et v B en utilisant la méthode de la vitesse moyenne : 2/ 3 Classe de 2nde — TP de PHYSIQUE — Mécanique Pour la ligne (i) du tableau on a besoin de la ligne (i+1) et de la ligne (i-1) et on fait : vi = ∆y y i +1 − y i −1 = ∆t t i +1 − t i −1 Calculer ensuite l’accélération a (voir le formulaire) Pour quelles raisons cette accélération n’est-elle pas rigoureusement égale à g = 9,8 m/s2 ? 3.3–Mouvement parabolique Cliquer sur L’icône R EGRESSI puis faire Fichier/Nouveau/Video pour se retrouver sur R EGAVI. Faire Ouvrir un fichier. Au tableau est affiché le détail de l’arborescence à suivre permettant d’ouvrir le fichier parabole.avi Objectifs : Cette vidéo montre le mouvement parabolique obtenue avec une balle de tennis lancée. On veut montrer que dans le sens horizontal la vitesse reste quasi-constante, que dans le sens vertical, la vitesse augmente régulièrement donc que l’accélération est constante et a quasiment la même valeur que la partie précédente et enfin que l’énergie mécanique se conserve (elle reste constante) pendant toute la durée du mouvement. Travail à effectuer : Faire le pointé image par image du centre de la balle de tennis en prenant comme première image celle juste après le lâcher. Utiliser un système d’axes vers le haut et vers la droite. Cliquer sur le bouton Traitement des données ou transfert vers R EGRESSI On retrouve le tableau des données dans l’onglet Grandeurs/Tableau L’onglet Grandeurs/Expressions permet d’ajouter de nouvelles colonnes en respectant la syntaxe spécifique en informatique. commentaires : expressions mathématiques expressions informatiques à écrire On déclare d’abord les constantes : Masse de la balle de tennis m = 0,068 kg m = 0.068_kg Accélération de la pesanteur g = 9,8 m/s2 g = 9.8_m/s2 On déclare ensuite les variables : Après chaque nouvelle expression, valider et vérifier le remplissage du tableau. ∆x ∆t ∆y ∆t Vitesse suivant l’axe x vx = Vitesse suivant l’axe y vy = q v = vx 2 + v y 2 Vitesse vx=d(x)/d(t} vy=d(y)/d(t} v=(vx^2+vy^2)^0.5 Énergie cinétique Énergie potentielle Énergie mécanique On complétera les cases vides avec les formules adaptées en s’inspirant du formulaire. Étude des graphes : Onglet Graphe. Les abscisses et ordonnées peuvent être modifiés soit en glissant les étiquettes soit en les choisissant après clic sur l’icône Coordonnées. Sur un même écran, obtenir vy (ordonnée à gauche) en fonction du temps et vx (ordonnée à droite) en fonction du temps. Comment évoluent chacune de ces 2 grandeurs ? Sur un même écran, obtenir Ep, Ec et Em (ordonnées à gauche) en fonction du temps. Comment évolue l’énergie mécanique au cours du temps ? Sur l’écran, remettre de nouveau vy (ordonnée à gauche) en fonction du temps. Cliquer sur le tiroir Modélisation à gauche du graphe puis sur l’icône Modèles prédéfinis. Choisir le modèle Affine, ajuster et lire la valeur du coefficient directeur de la droite. À quoi correspond-il (ou à quoi devrait-il correspondre) ? Pourquoi y a t il un signe ª qui n’existait pas dans la partie précédente (mrua) ? 3/ 3
