TP Physique: Conservation de l'énergie mécanique et pétanque

TP de Physique 9 Chapitre n°6 (Travail et transfert d’énergie)
LA PHYSIQUE DE LA PÉTANQUE
CONSERVATION DE L’ÉNERGIE MÉCANIQUE
Objectifs :
 Montrer que l’énergie cinétique peut se transformer
en énergie potentielle et inversement.
 Établir que l’énergie mécanique d’un système peut
se conserver sous certaines conditions.
I. QUESTION PRÉLIMINAIRE
Un joueur de pétanque lance sa boule en réalisant une
chute “ plombée ”, c’est-à-dire en faisant en sorte qu’à
l’arrivée la boule ait une trajectoire aussi proche de la
verticale que possible de manière à se caler dans le trou de
son impact au sol.
Question : Selon vous, comment varient les énergies
cinétique et potentielle de pesanteur de la boule à partir de
l’instant où celle-ci a quitté la main du joueur jusqu’au
moment où elle va toucher le sol ?
Écrivez en quelques phrases vos réflexions.
II. ÉTUDE THÉORIQUE
Énergie cinétique : Un solide, de masse M, en mouvement à la vitesse v possède une énergie de
mouvement appelée énergie cinétique de formule
2
c1
E Mv
2
=.
Théorème de l’énergie cinétique : Dans un référentiel galiléen, pour un corps ponctuel de masse M
parcourant un chemin reliant un point A à un point B, la variation d’ énergie cinétique est égale à la
somme des travaux des forces qui s’exercent sur le solide en question lors de son déplacxement entre
A et B :
( ) ( ) ( )
C C AB i
E B E A W F
− =
∑
Énergie potentielle de pesanteur : Tout solide de masse M dont le centre d’inertie est situé à une
altitude z par rapport au niveau de la surface de la Terre possède une énergie de position appelée
énergie potentielle de pesanteur.
Cette énergie potentielle ne dépend que de la position du corps dans l'espace. Elle est exprimée en
joules. Cette énergie est appelée potentielle car elle peut être emmagasinée par un corps et peut
ensuite être transformée par exemple en énergie cinétique lorsque le corps est mis en mouvement.
1. Quelle(s) est (sont) la (les) force (s) qui s’exerce(nt) sur la boule de pétanque ?
2. Appliquez le théorème de l’énergie cinétique à la boule de pétanque dans le référentiel terrestre
entre une position quelconque (t quelconque) et la position initiale de la balle (t=0).
3. Déduisez-en que la quantité 2
1
2
mv mgz
+ est constante au cours de la chute libre.
4. Identifiez l’énergie potentielle de pesanteur de la boule dans cette expression ainsi que son
énergie cinétique.
5. Déduisez-en une relation générale entre E
C
et E
P
dans le cas de la chute libre.

III. ÉTUDE EXPÉRIMENTALE : EXPLOITATION D’UN ENREGISTREMENT VIDÉO
On a filmé le tir d’une balle de golf et on veut, grâce à cette vidéo (TPp9 balle_golf.avi), retrouver la
conservation de l’énergie mécanique.
À l’aide des logiciels Regavi et Regressi, vous avez les outils nécessaires pour démontrer la
conservation de l’énergie mécanique de la balle de golf au cours de son mouvement.
Reportez-vous éventuellement aux énoncés des TP de physique 6 et 7 pour la démarche à suivre lors
de l’exploitation d’une séquence vidéo à l’aide des logiciels Regavi et Regressi.
L'étalonnage se fait grâce aux deux traits, au centre le l'image (1,5m entre eux).
On sait que la masse de la balle de golf est m = 45g. On prendra g = 9,81 N.kg
-1
.
Les bonnes questions à se poser :
 Que dois-je mesurer avec Regavi ?
 Quelles grandeurs aurai-je besoin de définir et calculer à l’aide de Regressi ?
Au travail !