TP 20_Pendule et énergie - Enseignement des Sciences Physiques

TP Terminale 20
I
ENERGIES DES PENDULES SIMPLES
Objectifs :
- Mettre en évidence l’amortissement d’un pendule.
- Analyser les transferts énergétiques au cours du mouvement d’un point matériel.
- Utiliser un tableur-grapheur et un logiciel de pointage.
Lorsqu’on observe un pendule osciller, on constate que l’amplitude des oscillations reste constante
pendant un certain temps puis diminue après un long temps.
Que se passe-t-il d’un point de vue énergétique ? Comment expliquer l’arrêt des oscillations ?
I.
Première approche expérimentale … sans frottement.
Document 1 :
Notice simplifiée d’utilisation du logiciel de pointage Avimeca®
Ouvrir le logiciel Avimeca®.
Ouvrir le clip vidéo que l’on souhaite étudier : Fichier → Ouvrir un clip vidéo.
Adapter la taille de la fenêtre : Menu clip → adapter.
Cliquer sur la flèche pour voir le mouvement du pendule.
Etalonner les distances : dans la partie droite, onglet « Etalonnage », cliquez sur « 1er point » et cliquez sur le trait
le plus haut de la règle. Cliquez ensuite sur « 2ème point » et cliquer sur l’autre trait situé 20 cm plus bas. Dans la
fenêtre en vert, indiquer une distance de « 0,2 m».
Choix et origine des axes : cochez « Origine et sens des axes » puis cliquer sur le point correspondant à l’équilibre
de l’objet. On pourra, si nécessaire avancer jusqu’à l’image n°10.
Dans la partie droite, choisir l’onglet « Mesures » et cliquez, le plus précisément possible au niveau du centre de
l’attache rouge de l’objet.
On pointera un seul aller-retour.
Enregistrement des données : Fichiers → Mesures → enregistrer dans un fichier → format regressi windows (*.rw3).
Rq : La vidéo qui nous intéresse se trouve dans : poste de travail → Classes H : → TS_ → _travail →
pendule_simple
Document 2 :
Quelques rappels sur l’énergie
*
L’énergie cinétique Ec d’un solide de masse m en translation correspond
à l’énergie qu’il possède du fait de son mouvement à la vitesse v :
*
L’énergie potentielle de pesanteur Epp d’un solide de masse m correspond
à l’énergie qu’il possède du fait de son interaction avec la Terre et notamment de son
altitude z par rapport à une altitude de référence selon un axe vertical (Oz) montant :
Dans notre cas, l’origine des altitudes sera prise égale à 0 au niveau de l’objet dans sa position d’équilibre.
*
L’énergie mécanique EM d’un solide correspond alors à :
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Vitesse et Régressi®
Document 3 :
On souhaite suivre l’évolution de l’énergie cinétique, potentielle et mécanique au cours du temps d’un objet de
masse m = 0,200 kg. Il est donc nécessaire de connaître la vitesse v du solide sachant qu’il possède une vitesse Vx selon
(Ox) et une autre Vy selon (Oy).
=
Définition d’une vitesse axiale :
=
Norme de la vitesse :
+
Sous Régressi®, pour obtenir la « racine carrée », on peut taper la formule « SQRT(…..) »
Comment évoluent les différentes énergies du pendule ?
II.
Deuxième approche expérimentale … avec frottements.
On effectue le même genre d’expérience en
En calculant comme précédemment les mêmes grandeurs, on obtient le graphique ci-dessous :
Evolution, au cours du temps, des différentes énergies d’un pendule.
A : énergie cinétique
Courbe 1
B : énergie potentielle
C : énergie mécanique
Courbe 2
Courbe 3
t (s)
Questions :
1.
2.
3.
4.
Décrire l’évolution de ces trois courbes.
Identifiez à quelle énergie correspond chaque courbe.
Comment obtenir expérimentalement ces courbes-là ?
Pourquoi, selon vous :
a. la courbe trois décroît.
b. la courbe trois diminue brusquement lorsque la courbe bleue atteint un maximum.
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