2013-2014 TP n°8 phy (2ème loi de Newton)

2013-2014 TP n°8 phy (2ème loi de Newton) 29 août 14 p. 1
TP n° 8 φ: Les deux premières lois de Newton
1. Vérification de la première loi :
On considère le mouvement d’une bille en acier, lancée sur une surface lisse.
a. Pointage des positions de la balle :
a.1. Lancer le logiciel Aviméca2® et ouvrir le clip vidéo «TP 8 Bille_inertie ».
a.2. Adapter la taille du clip et choisir des pointeurs blancs.
a.3. Dans l’onglet " Mesures ", sélectionner l’image 5 comme " origine des dates (t = 0) ".
a.4. Pointer la position de la bille de l’image 5 à l’image 19.
a.5. Passer dans le logiciel Regressi®.
a.6. Dans la fenêtre " Graphe ", sélectionner " Coordonnées " : afficher la trajectoire de la bille, uniquement à
l’aide de points et en " Axes orthonormés ".
a.7. Option des vecteurs : choisir 10 % pour la taille des vecteurs et « Sélection des points de tracé ».
a.8. Tracer différents vecteurs vitesse.
b. Questions :
b.1. Préciser le référentiel d’étude et le système considéré.
b.2. Faire l’inventaire des forces agissant sur la bille et les représenter sur un schéma.
b.3. Comment évolue, en première approximation, le vecteur vitesse au cours du mouvement ?
b.4. Montrer que le système étudié est bien un système pseudo-isolé.
c. Vérification de la deuxième loi :
On considère le lâché vertical d’une balle de golf.
c.1. Lancer le logiciel Aviméca2® et ouvrir le clip vidéo « Golf_verticale ».
c.2. Adapter la taille du clip et choisir des pointeurs blancs.
c.3. Dans l’onglet « Etalonnage », choisir le curseur et le placer au niveau du sol, à la verticale du point de
chute de la balle.
c.4. Dans l’onglet « Etalonnage », préciser l’échelle : la hauteur de la règle jaune fait 1,02 m.
c.5. Dans l’onglet « Mesures », sélectionner l’image 3 comme « origine des dates (t = 0) ».
c.6. En prenant soin de ne considérer que la position verticale de la balle (utiliser la fenêtre de zoom), pointer
sa position à partir de son lâché jusqu’à son arrivée au sol.
c.7. Lancer le logiciel Regressi®, et récupérer les données.
c.8. Dans la fenêtre « Grandeurs » et l’onglet « Variables », vérifier que la valeur de « x » est nulle. La
modifier manuellement si besoin.
c.9. Dans la fenêtre « Graphe », sélectionner « Coordonnées » : afficher la trajectoire de la balle, uniquement
à l’aide de points et en « Axes orthonormés ».
c.10. On appellera
M0
le premier point de l'enregistrement. Tracer les vecteurs accélération
⃗
a4
et
⃗
a12
aux
points
M4
et
M12
.
d. Questions :
d.1. Comment évolue, en première approximation, le vecteur accélération au cours du mouvement ?
d.2. Préciser le référentiel d’étude et le système considéré.
d.3. Faire l’inventaire des forces agissant sur la balle et les représenter sur un schéma.
d.4. Sachant que la masse de la balle vaut
m=45,1 g
, vérifier la deuxième loi de Newton dans le cas étudié.
Doc. 1 : Première loi de Newton (Principe de l'inertie)
Dans un référentiel galiléen, si la somme vectorielle des forces extérieures s’exerçant sur un système est nulle, alors le
vecteur vitesse du centre d’inertie G du système est un vecteur constant :
Σ
⃗
Fext=
⃗
0⇔
⃗
VG=
⃗
Cst
.
Un tel système (
Σ
⃗
Fext=
⃗
0
)est dit pseudo-isolé. (système isolé si aucune force)
Doc. 2 : Deuxième loi de Newton
Dans un référentiel galiléen, la somme vectorielle des forces extérieures qui s’exercent sur un système de masse m
constante est égale à la dérivée du vecteur quantité de mouvement :
Σ
⃗
Fext=d
⃗
p
dt
avec
⃗ p=m.
⃗
V
Si m est constant alors on a
Σ
⃗
Fext=m. ⃗ a
où
⃗
a
est le vecteur accélération du système.

0,5N
13
ma
6
ma
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e. Etude du mouvement d'un pendule simple :
On considère le mouvement d’un pendule simple, c’est-à-dire d’un objet de masse m suspendu à un fil
inextensible.
e.1. Lancer le logiciel Aviméca2® et ouvrir le clip vidéo « Pendule ».
e.2. Adapter la taille du clip et choisir des pointeurs blancs.
e.3. Dans l’onglet « Etalonnage », choisir le curseur et le placer à la verticale du point d’attache du fil.
e.4. Dans l’onglet « Etalonnage », préciser l’échelle : la règle mesure 32,5 cm.
e.5. Dans l’onglet « Mesures », sélectionner l’image 3 comme « origine des dates (t = 0) ».
e.6. Pointer la position du pendule de l’image 3 à l’image 19.
e.7. Lancer le logiciel Regressi® et récupérer les données.
e.8. Dans la fenêtre « Graphe », sélectionner « Coordonnées » : afficher la trajectoire de la balle, uniquement
à l’aide de points et en « Axes orthonormés ».
e.9. On appellera
M0
le premier point de l'enregistrement. Tracer les vecteurs accélération
⃗
a2
,
⃗
a6
,
⃗
a10
et
⃗
a13
.
f. Questions :
f.1. Qualifier le mouvement du pendule.
f.2. Les vecteurs accélération sont-ils dirigés vers un point particulier ?
f.3. Préciser le référentiel d’étude et le système considéré.
f.4. Faire l’inventaire des forces agissant sur le pendule.
f.5. Sachant que la masse suspendue au pendule vaut
m=100 g
, calculer le poids de l’objet.
f.6. Sur le document ci-dessous, tracer, à l’échelle, le vecteur poids
⃗
P
aux points
M6
et
M13
.
f.7. A l’aide de la deuxième loi de Newton, tracer le vecteur
⃗
T
(tension du fil) aux points
M6
et
M13
.
Donner sa valeur dans les deux cas en utilisant l’échelle du document.
Donnée : Intensité de la pesanteur :
g=9,81 N/kg ( ou m/s2 )
Etude du pendule simple – Deuxième loi de Newton