Étude des forces d`inertie conception et réalisation d

International Journal of Innovation and Applied Studies
ISSN 2028-9324 Vol. 8 No. 2 Sep. 2014, pp. 673-684
© 2014 Innovative Space of Scientific Research Journals
http://www.ijias.issr-journals.org/
Corresponding Author: Soufiane Haddout 673
Étude des forces d’inertie conception et réalisation d’un dispositif pédagogique
expérimental
[ Study of the inertia forces conception and realization a device experimental
pedagogical ]
Soufiane Haddout1, Mbarek Rhazi2, and Mohamed El Kenikssi1
1Department of Physics, Faculty of Science, Ibn Tofail University, B.P 242, 14000 Kénitra, Morocco
2Department of Physics, Ecole Normale Supérieure, B.P 2400, Marrakech, Morocco
Copyright © 2014 ISSR Journals. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License,
which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
ABSTRACT: The aim of this paper is to present a study on a difficult concept for students to understand the concept of inertia
forces. We are focused of directed an experimental bench pedagogical nature to facilitate and improve the understanding of
students, especially students 'preparatory class and first university year' of confronting the theoretical simulation model with
Maple experience, and acquire technological and methodological competency. On the other hand and observed to analyze
the extreme sensitivity of the trajectories relative to a rotating frame without external intervention, the initial conditions of
launch of the ball and the intensity of the rotational speed and position of the plate initial vector launch, the relativity of
motion and in particular the study of inertial forces on a rotating turntable. Using a digital camera, the videos are processed
by a pointing Latis-pro software.
KEYWORDS: Inertial force, referencial, simulation, maple, latis-pro, digital camera.
RESUME: L’objectif de cet article est de présente une étude sur un concept difficile pour les étudiants à comprendre notion
des forces d’inertie. Nous nous sommes centrés de réalisé un banc expérimental à caractère pédagogique permettant de
faciliter et d’améliorer la compréhension des étudiants, notamment les étudiants ‘Classe préparatoire et 1erannée cycle
universitaire’ de confrontant le modèle théorique simulation par Maple avec l’expérience, et d’acquérir des compétences
technologiques et méthodologiques. D’autre part d’observée et d’analyser l’extrême sensibilité des trajectoires relative dans
un référentiel en rotation sans intervention extérieure, aux conditions initiales de lancement de la bille et à l’intensité de la
vitesse de rotation du plateau et la position initiale de vecteur de lancement, sur la relativité du mouvement et en particulier
l’étude des forces d’inertie sur un plateau tournante. En Utilisant un appareil photo numérique, les vidéos sont traitées par
un logiciel de pointage Latis-pro.
MOTS-CLEFS: Force d’inertie, référentiel, simulation, maple, latis-pro, appareil photo numérique.
1 INTRODUCTION
La table tournante est considérée comme l’un des dispositifs expérimentaux les plus importants dans les laboratoires
d’enseignement. En effet, elle permet de vérifier de façon pratique plusieurs lois fondamentales de la mécanique
Newtonienne et de comprendre les mystérieuses forces d’inerties, la notion de référentiel relatif et mettre en évidence les
trajectoires relatives.

Étude des forces d’inertie conception et réalisation d’un dispositif pédagogique expérimental
ISSN : 2028-9324 Vol. 8 No. 2, Sep. 2014 674
Une force d'inertie, ou inertielle, ou force fictive, est une force apparente qui agit sur les masses lorsqu'elles sont
observées à partir d'un référentiel non inertiel, autrement dit depuis un point de vue en mouvement accéléré ou en rotation.
Pour rendre les choses plus simples, ou plus compréhensibles, prenons l'exemple d'un manège, si l'on essayait d'atteindre le
centre d'un manège lorsqu'il est en marche en ligne droite, nous n'y parviendrons pas, puisque le mouvement de rotation du
manège ajoute à notre déplacement sur le coté, ou latéral [1].Ce mouvement est d'autant plus visible pour une personne
située à l'extérieur du manège.
La force de Coriolis est avec la force centrifuge, l'une des deux forces fictives, qui sont utilisées par les physiciens pour
interpréter le phénomène dans un référentiel non Galiléen. Mais toutes ces astuces nécessitent les compétences d'un
apprenant à réaliser la transformation des deux cadres de référence (absolu et relatif) quasi dans leur esprit [2].
Le modèle théorique « simulation par Maple » permit de résoudre les problèmes liée avec les expériences ainsi d’avoir
l’influence des paramètres sur les trajectoires relative. Nous tenterons à travers ce travail à l’étude relative d’une bille sur un
plateau tournante.
2 SIMULATION PAR MAPLE
Soit un plateau horizontal en rotation autour de l’axe 1
OZ à la vitesse angulaire constante par rapport au sol. Le sol est
rapporté au repère ),,,( zyxOR dit repère fixe (‘absolu’) le plateau est rapporté au repère ),,,( 1111 zyxOR dit repère
relatif. Sur le plateau peut se déplacer librement (sans frottement) une bille sphérique solide de centre de gravité G.
Les équations en terme de )()( 11 tyettx ,[3],[4],[5] ],[6]],[7] ],[8]:
)sin()cos()(
)sin()cos()(
01010010101
01010010101
ttVtyxttVtxyty
ttVtxyttVtyxtx
xy
yx
Avec :
),( 000 yx VVV
: La vitesse initiale de lancement.
),( 1010 yx : La position de lancement initiale.
Dans ce qui suit nous donnons les graphiques des trajectoires 1 1
( )y x
paramétrés soit par la vitesse initiale de
lancement
0 0 0
( , )
x y
V V V
, soit par la vitesse de rotation du plateau soit par la position de lancement initiale
10 10
( , )x y
.
2.1 INFLUENCE DE LA VITESSE INITIALE DE LANCEMENT
0 0 0
( , )
x y
V V V
On fixe
0.5 /rd s
, 10 10
( , ) (0, 0)
x y  et
0 0 0
( , )
x y
V V V
en
( / )m s
,telles que : 01
(0, 0.1)V
, 02
(0, 0.4)V
 et
03
(0, 0.6)V

Soufiane Haddout, Mbarek Rhazi, and Mohamed El Kenikssi
ISSN : 2028-9324 Vol. 8 No. 2, Sep. 2014 675
Fig.1. Influence de la vitesse initiale de lancement srdV /5.0,
0
2.2 INFLUENCE DE LA VITESSE DE ROTATION DU PLATEAU
On fixe 10 10
( , ) (0, 0)
x y  et 0
(0, 0.6)
V
en
( / )m s
telles que : srdsrdsrd /5.1,/6.0,/2.0 321

Étude des forces d’inertie conception et réalisation d’un dispositif pédagogique expérimental
ISSN : 2028-9324 Vol. 8 No. 2, Sep. 2014 676
Fig.2. Influence de la vitesse de rotation du plateau smV /6.0
0
2.3 INFLUENCE DE LA POSITION INITIALE )1,0(),( 1010 yx ET LA DIRECTION DE LANCEMENT
0 0 0
( , )
x y
V V V
On fixe
0.9 /rd s
,et
0 0 0
( , )
x y
V V Ven
( / )m s
telles que : 01
(0, 0.9)V 
,02
(0, 0.6)V
  et 03
(0, 1.15)V 

Soufiane Haddout, Mbarek Rhazi, and Mohamed El Kenikssi
ISSN : 2028-9324 Vol. 8 No. 2, Sep. 2014 677
Fig.3. Influence de la vitesse de lancement srdV /9.0,
0
Ces graphiques montrent les trajectoires d’une bille en mouvement relatif, sur un plateau tournant à vitesse constante,
sous l’action des forces d’inertie et en l’absence de frottement.On observe l’extrême sensibilité des trajectoires aux
conditions initiales de la bille et àl’intensité de la vitesse de rotation du plateau.
3 LE BANC EXPERIMENTAL
Un appareil photo numérique Sony Cybers hot 10 Méga pixel pour prendre des photos instantanées de la position de la
bille en mouvement (relatif ou absolu) ou bien pour filmer des séquences vidéo de la trajectoire de la bille .Un plan
inclinéd’angle α pour une vitesse de lancement 0
Vvoulue ( en néglige tout frottement entre la bille et le plan incliné).Pour
impulser la vitesse initiale de lancement 0
V est fixé sur plateau tournant la bille doit être lancée au coursde la rotation du
plateau sans intervention extérieure directeà cet effet, on utilise une bobine de rétention (électro-aimant) déclenchable par
télécommande sur canal de 40Mhz. La bille entre au plateau avec la vitesse 0
V.La table d’épreuve est éclairée avec 3 spots
lumineux fixés au plafond.