TP 9 – Mouvement plan Objectifs du TP : Tracer un vecteur « vitesse », un vecteur « variation de vitesse », un vecteur « quantité de mouvement » et un vecteur « accélération ». Vérifier la deuxième loi de Newton : F ext dp dt I. La table à coussin d’air inclinée 1. Acquisition d’un mouvement (S’approprier) Un palet autoporteur glisse sans frottement sur une table inclinée, selon la ligne de plus grande pente. Un système permet de relever la position du centre du palet à intervalle de temps constant sur une feuille de papier. G a. Faire l’inventaire des forces extérieures qui s’exercent sur le mobile lors de son mouvement. b. Représenter ces forces sur le schéma de droite en ne tenant compte d’aucune échelle. c. Expliquer en quelques lignes comment est obtenu le relevé. d. Quelles informations nous apportent un tel relevé ? Réaliser un relevé du mouvement du mobile autoporteur sur une feuille A4 en lâchant ce mobile du haut de la feuille. 2. Exploitation du relevé (Réaliser) Numéroter les points du relevé (M1, M2, …) Choisir judicieusement un point du relevé et déterminer la valeur de la vitesse du mobile à ce point. Tracer le vecteur « vitesse » Construire alors le vecteur « variation de vitesse » En déduire la valeur du vecteur « accélération » choisie. Déterminer de la même manière la valeur de l’accélération d’un autre point de ce relevé et le tracer. Que remarque-t-on ? Comment évolue la vitesse du mobile au cours du temps ? Même question pour son accélération. v à ce point en choisissant une échelle appropriée que l’on précisera. v du point précédent ou du point suivant. a du mobile et le tracer sur le relevé en précisant l’échelle 3. Conclusion (Valider) a. En imaginant les 2 situations extrêmes, table verticale et table horizontale, quelle devrait être la valeur de l’accélération du mobile dans ces deux situations ? b. Quelle est des expressions suivantes de l’accélération celle qui semble être la plus juste ? Justifier. a g cos a g sin a g t cos a g t sin II. La table à coussin d’air horizontale 1. Le dispositif expérimental (S’approprier) Un mobile autoporteur de masse m = 640 g glisse sans frottement sur une table à coussin d’air parfaitement horizontale. Le mobile attaché par un fil à l’origine O du repère, est lâché en M0 avec une vitesse v0 perpendiculaire au fil à la date t0. A la date tx multiple de le fil casse. La position du centre de gravité G du mobile est repérée à intervalle de temps régulier = 60,0 ms sur l’enregistrement. O a. Faire l’inventaire des forces extérieures qui s’exercent sur le mobile lorsqu’il se déplace retenu par le fil en précisant les caractéristiques de ces forces si cela est possible. b. Caractériser les deux parties du mouvement du mobile. c. Proposer une méthode permettant de retrouver la position de l’origine O et tracer ce point. 2. Etude de l’enregistrement (Réaliser) Avant que le fil ne casse : a. Calculer et tracer les vecteurs vitesses au point M2, M4, M8 et M10 en choisissant une échelle appropriée que l’on précisera. b. Tracer alors les vecteurs c. Montrer que si v3 et v9 . p m v alors p3 m v3 d. Représenter alors les vecteurs « variation de quantité de mouvement » p3 et p9 . Préciser l’échelle. e. A l’aide des forces répertoriées à la question 1.a. déterminer l’expression du vecteur « somme des forces extérieures » f. Fext . Quels sont alors la direction et le sens du vecteur Fext ? Ce résultat est-il en accord avec les représentations du vecteur p déjà tracées ? Justifier clairement et rigoureusement. Après que le fil ait cassé : g. Rechercher la position où le fil casse. Expliquer la méthode utilisée. h. Faire l’inventaire des forces qui s’exercent alors sur le mobile. En déduire la direction et le sens du vecteur Fext . i. Tracer les vecteurs « vitesse » j. Que vaut le vecteur v16 et v18 puis tracer le vecteur v17 . p17 ? Ce résultat était-il prévisible ? Si oui, pourquoi ? 3. Pour conclure (Valider) a. Rappeler la relation liant le vecteur b. Qu’arrive-t-il au vecteur uniforme. c. v au vecteur p et celle liant v à a . v si le mobile reste immobile ? Même question s’il est en mouvement rectiligne Qu’arrive-t-il alors aux vecteurs p et a ? Justifier clairement. III. Détermination de l’accélération du champ de pesanteur A l’aide du logiciel LatisPro ouvrir le fichier « TP9 – releve.jpg » et choisir un intervalle de temps de 200 ms entre deux images. Ce relevé représente la position d’une balle lancée en l’air depuis l’origine O du repère. Faire un pointage des positions successives de la balle. Déterminer les courbes Vx et Vy en cliquant sur « Traitements » / « Calculs spécifiques » / « Dérivée ». Faire de même pour obtenir les courbes Ax et Ay donnant l’accélération en fonction de x et de y. Modéliser au mieux la courbe Ay et conclure. M0 M0 Echelle 1 : 1 = 60,0 ms Echelle 1 : 1 = 60,0 ms