Activité expérimentale mouvement plan

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 :
ext dp
Fdt
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.
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 »
v
à ce point en choisissant une échelle appropriée que l’on précisera.
 Construire alors le vecteur « variation de vitesse »
v
du point précédent ou du point suivant.
 En déduire la valeur du vecteur « accélération »
a
du mobile et le tracer sur le relevé en précisant l’échelle
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.
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.
cos ga
sin ga
cos tga
sin tga
G

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.
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
3
v
et
9
v
.
c. Montrer que si
vmp 
alors
33 vmp 
d. Représenter alors les vecteurs « variation de quantité de mouvement »
3
p
et
9
p
. Préciser l’échelle.
e. A l’aide des forces répertoriées à la question 1.a. déterminer l’expression du vecteur « somme des forces
extérieures »
ext
F
.
f. Quels sont alors la direction et le sens du vecteur
ext
F
? 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
ext
F
.
i. Tracer les vecteurs « vitesse »
16
v
et
18
v
puis tracer le vecteur
17
v
.
j. Que vaut le vecteur
17
p
? Ce résultat était-il prévisible ? Si oui, pourquoi ?
3. Pour conclure (Valider)
a. Rappeler la relation liant le vecteur
v
au vecteur
p
et celle liant
v
à
a
.
b. Qu’arrive-t-il au vecteur
v
si le mobile reste immobile ? Même question s’il est en mouvement rectiligne
uniforme.
c. 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.
O

Echelle 1 : 1
= 60,0 ms
M0
M0
Echelle 1 : 1
= 60,0 ms