1STL-TC Date :
Activité : « Comment mesurer une vitesse, une accélération
et une vitesse angulaire ? »
Thème du programme : Transport Sous-thème : Mise en mouvement
Type d’activités : Activité expérimentale Pré-requis : Connaître la définition de la vitesse.
Extrait BOEN :
Référentiels, trajectoires, vitesse, vitesse angulaire,
accélération.
Compétences attendues :
Écrire et appliquer la relation entre distance par-
courue et vitesse dans un mouvement de transla-
tion à vitesse ou à accélération constante.
Écrire et appliquer la relation entre vitesse et vi-
tesse angulaire.
Écrire et appliquer la relation donnant l’angle ba-
layé dans un mouvement de rotation à vitesse an-
gulaire constante.
I. Détermination de la vitesse linéaire et de l’accélération
d’un mobile autoporteur sur une table parfaitement hori-
zontale
1. Expérience
À l’aide de la table à coussin d’air, réaliser l’enregistrement du mouvement d’un mobile autoporteur que l’on
a lancé avec une vitesse initiale v0. La position du centre A de la semelle de ce mobile est enregistrée à intervalles
de temps successifs égaux (τ= 40 ms).
On suppose qu’à l’instant t = 0, le corps se trouve au point A0. Sa vitesse est v0.
Sur l’enregistrement, noter A0le point à la date t0,A1le point à la date t1,..., Ai,... des positions successives
obtenues.
Mesurer les distances suivantes et compléter le tableau :
A4A6A5A7A0A7A6A8A7A9A8A10
Distance (cm)
2. Exploitation des résultats
1. Quel est le solide étudié ? Dans quel référentiel se place-t-on pour étudier le mouvement du solide ?
2. Ce mouvement rectiligne est-il uniforme ? accéléré ? retardé ? Justifier.
La vitesse moyenne entre A0et A7est donnée par la relation : vmoy =A0A7
ttest la durée du parcours
entre ces deux points.
3. Calculer ten seconde puis vmoy en cm.s1puis en m.s1.
La vitesse instantanée en A2est assimilée à la vitesse moyenne entre A1et A3.
4. Donner l’expression des vitesses instantanées v5,v7et v9aux points A5,A7et A9.
5. Calculer les vitesses instantanées v5,v7et v9en en cm.s1puis en m.s1.
6. Ces résultats confirment-ils votre réponse à la question 1 ?
7. Que peut-on en conclure sur la valeur de la vitesse sur l’ensemble du mouvement (vitesse moyenne) et la vitesse
au point A5(vitesse instantanée) dans le cas d’un mouvement rectiligne uniforme ?
L’accélération en A3correspond à la variation de vitesse entre A2et A4. Elle est donnée par la relation :
a3=v4v2
ttest la durée du parcours entre A2et A4.
8. Donner l’expression de l’accélération a6au point A6.
9. Calculer l’accélération a6au point A6en m.s2.
10. Que pouvez-vous dire de la valeur de l’accélération pour un mouvement rectiligne uniforme ?
II. Détermination de la vitesse linéaire et de l’accélération
d’un mobile autoporteur sur une table inclinée
1. Expérience
À l’aide de la table à coussin d’air, réaliser l’enregistrement du mouvement d’un mobile autoporteur que l’on
a lâché du haut de la table inclinée sans une vitesse initiale c’est-à-dire v0= 0. La position du centre A de la semelle
de ce mobile est enregistrée à intervalles de temps successifs égaux (τ= 40 ms).
On suppose qu’à l’instant t = 0, le corps se trouve au point A0. Sa vitesse v0est nulle.
Sur l’enregistrement, noter A0le point à la date t0,A1le point à la date t1,..., Ai,... des positions successives
obtenues.
Mesurer les distances suivantes et compléter le tableau :
A0A2A2A4A7A5A6A8A0A10
Distance (cm)
2. Exploitation des résultats
1. Ce mouvement rectiligne est-il uniforme ? accéléré ? retardé ? Justifier.
2. Calculer la vitesse moyenne du mobile entre A0et A10.
3. Que peut-on dire de la vitesse instantanée sur un intervalle de temps très court ?
4. En déduire l’expression des vitesses instantanées v1,v3et v7aux points A1,A3et A7.
5. Calculer les vitesses instantanées v1,v3et v7en en cm.s1puis en m.s1.
6. Ces résultats confirment-ils votre réponse à la question 1 ?
7. Que peut-on en conclure sur la valeur de la vitesse sur l’ensemble du mouvement (vitesse moyenne) et la vitesse
au point A3(vitesse instantanée) dans le cas d’un mouvement rectiligne accéléré ?
8. Donner l’expression de l’accélération a2au point A2.
9. Calculer l’accélération a2au point A2en m.s2.
10. Que pouvez-vous dire de la valeur de l’accélération pour un mouvement rectiligne accéléré ?
III. Détermination de la vitesse linéaire et de la vitesse an-
gulaire d’un mobile autoporteur en rotation
1. Expérience
À l’aide de la table à coussin d’air, réaliser l’enregistrement du mouvement d’un mobile autoporteur que en
rotation en fonction du temps.
La position de A est enregistrée à intervalles de temps successifs égaux (τ= 40 ms).
On suppose qu’à l’instant t = 0, le corps se trouve au point A0et sa vitesse est vA0.
Sur l’enregistrement, noter A0le point à la date t0,A1le point à la date t1,..., Ai,tides positions successives
obtenues.
Le solide est attaché à l’aide d’un fil au point fixe O. La distance OA représente le rayon de la trajectoire.
2. Exploitation des résultats
Mesurer sur l’enregistrement le rayon R de la trajectoire. Noter R.
1. Calculer à partir de l’enregistrement les vitesses v4,v6et v8aux points A4,A6et A8en en cm.s1puis en m.s1.
2. Que peut-on dire de la vitesse linéaire des points A4,A6et A8en mouvement de rotation ?
3. Déterminer la vitesse angulaire instantanée ω4en rad.s1pour le point A4de la manière suivante :
Mesurer l’angle balayé αpar le point A entre A3et A5.
Calculer la vitesse angulaire du point A4en divisant l’angle αpar la durée de parcours entre A3et A5.
4. De la même manière, calculer la vitesse angulaire instantanée ω6en rad.s1pour le point A6et la vitesse angulaire
instantanée ω8en rad.s1pour le point A8. Que peut-on en conclure ?
5. Pour les 3 points étudiés A4,A6et A8, calculer le rapport vi
ωi
. Comparer à la valeur de R.
6. En déduire la relation entre R, vet ω. Préciser les unités.
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