Étude de mouvements rectilignes

Lycée Paul CEZANNE – Aix-en-Provence TP Terminale S – Réforme 2012 http://www.stardustlabs.fr
Compétence exigible au baccalauréat :
Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour étudier un mouvement.
Un système est pseudo-isolé si les forces qui s’exercent sur lui se compensent.
Le mobile autoporteur est un cylindre de masse M porté par un coussin d’air (d’épaisseur inférieure à 1 mm).
Il possède en son centre une pointe appelée « éclateur », qui permet de laisser passer une étincelle. Ce mobile,
relié à un générateur d’impulsions, est lancé sur une table recouverte d’un papier aluminisé : à chaque
impulsion, l’éclateur brûle le papier, ce qui permet de repérer la position du centre du mobile au cours du
temps.
 Quel est le rôle du coussin d’air ?
 Comment faire pour que ce mobile soit pseudo-isolé ?
 Effectuer l’enregistrement du mouvement de ce mobile lorsqu’il est pseudo-isolé (l’exploitation des
résultats sera faite après).
1) Dans quel référentiel l’enregistrement est-il réalisé ?
2) Caractériser le mouvement obtenu à l’aide des termes choisis dans la liste suivante : accéléré, décéléré,
uniforme, ralenti, varié.
3) a. Sur la trajectoire, tracer les vecteurs vitesses aux points
2
M
,
4
M
,
6
M
et
8
M
.
Pour construire le vecteur vitesse, on assimile le vecteur vitesse instantanée au vecteur vitesse
moyen. Par exemple, le vecteur vitesse moyen
2
v
au point M2, à l’instant t2 est
13
231
MM
v=t -t
Méthode :
b. Comment évolue la valeur de la vitesse au cours de ce mouvement enregistré ?
4) a. À partir des vecteurs vitesses, construire les vecteurs accélérations aux points
3
M
,
5
M
et
7
M
.
Pour construire le vecteur accélération, on assimile le vecteur accélération instantanée au
vecteur accélération moyen. Par exemple, le vecteur accélération moyen
2
a
au point M2 est
1
v
t
3
231
vv
a= t -t
Méthode :
b. Comment évolue la valeur de l’accélération au cours du mouvement ?
 Mesurer M1M3 ;
 Déterminer
31
2τ = t - t
;
 Calculer la norme de
2
v
qui est la valeur de la vitesse
13
231
MM
v=t -t
 Représenter
2
v
tangent à la trajectoire au point M2 avec un échelle des vitesses.
 Construire les vecteurs vitesses
1
v
et
3
v
, puis reporter en M2
1 v
et
3
v
;
 Construire le vecteur
1
v
3
vv
;
 Le vecteur accélération est colinéaire à
v
, une échelle des accélérations
permet de le tracer.

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Le mobile est maintenant relié à une ficelle passant par une poulie, et au bout de laquelle on a suspendu une
petite masselotte dont la masse m est petite par rapport à celle du mobile.
 Enregistrer le mouvement de ce mobile lorsqu’il est tiré par la ficelle (l’exploitation des résultats sera
faite après).
1) Dans quel référentiel l’enregistrement est-il réalisé ?
2) Caractériser le mouvement obtenu à l’aide des termes choisis dans la liste suivante : accéléré, décéléré,
uniforme, ralenti, varié.
3) a. Sur la trajectoire, tracer les vecteurs vitesses aux points
9
M
,
11
M
,
14
M
,
16
M
,
19
M
et
21
M
.
b. Comment évolue la valeur de la vitesse au cours de ce mouvement enregistré ?
4) a. À partir des vecteurs vitesses, construire les vecteurs accélérations aux points
10
M
,
15
M
et
20
M
b. Comment évolue la valeur de l’accélération au cours du mouvement ?
1) Laquelle de ces deux situations illustre la première loi de Newton (principe d’inertie) ?
2) Sachant que pour un point matériel de masse m, la deuxième loi de Newton peut se traduire par
Ext
F m a
(où
Ext
F
représente la résultante des forces extérieures appliquées au système et
a
son
vecteur accélération), en déduire les caractéristiques de cette résultante dans les deux situations.
3) Donner les caractéristiques du vecteur accélération dans le cas d’un mouvement :
a. Rectiligne uniforme ;
b. Rectiligne uniformément accéléré.
4) Expliquer comment déterminer la résultante des forces
Ext
F
s’exerçant sur un point mobile, à partir
de l’enregistrement de sa position au cours du temps.