TP5-Cours de Physique : TRAVAIL D`UNE FORCE.

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26/05/2017
Classe de Première S -
TP de PHYSIQUE N° 5
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OBJECTIFS :
 Evaluer l'effort fourni ( travail ) lorsque le point d'application d'une force se déplace ?
 Etablir l’expression du travail d’une force constante.
1. Effets d’une force : Expérience du sèche cheveu et du wagonnet sur le rail
Le sèche-cheveux exerce une force
F
constante sur le wagonnet. La valeur de cette force est réglable en jouant
sur l'intensité de la soufflerie. Soit D la distance sur laquelle la force est exercée, c'est la distance parcourue par
le wagonnet sur le rail sous l'effet de la force. Soit  l'angle que fait la force avec la direction du déplacement.
a) Comment évaluer grossièrement l'effort, le travail, qui a été produit par le sèche-cheveux sur le wagonnet
?
b) Comparer l’effet de la force exercée sur le wagonnet, en modifiant l’intensité, la direction et le sens de
cette force.
Wagonnet tiré par plusieurs personnages :
Dans quels cas, le travail, est-il moteur, résistant,
ou nul ?
2. A la recherche d'une relation
Proposer, parmi les relations suivantes, celle qui permet de définir le travail d'une force constante effectuant un
déplacement D :
 W = F/D  W = F  D  W = F  D  sin  W = F  D  cos
moteur
résistant
nul
F1
F2
F3
F4
F5
F

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3. Travail d'une force constante : synthèse
Le travail mécanique d'une force constante déplaçant son point d'application de A vers B de façon rectiligne est
égal au produit scalaire de
F
par le déplacement
AB
.
Unité : le Joule
Autre expression : ……………………………………………………………………………………………..
Signe du travail
0
: ..................................................................................................................
 900
: ..................................................................................................................
 90
: ..................................................................................................................
 18090
: ..................................................................................................................
 180
: ..................................................................................................................
4. TRAVAIL DU POIDS D'UN CORPS EN CHUTE LIBRE
 Protocole expérimental
Le solide est une règle métallique de masse m = 48,8 g munie de fentes. Un photocapteur est relié à un ordinateur
via une interface. Les dates ti correspondant au début des occultations du faisceau lumineux sont enregistrées par
l'ordinateur. L'ordinateur indique aussi la position zi de G à cette même date. On admettra que l'abscisse x de G ne
varie pas au cours de la chute.
Les coordonnées sont exprimées dans le repère (O, ;i, ;k) indiqué sur la figure.
La date de la première occultation (position du faisceau au milieu de deux fentes successives) est fixée
arbitrairement à t = 0. A cet instant, on fixe la position du centre d'inertie G en G0 (x0 ; z0 = 0).
La règle est lâchée sans vitesse initiale.
a) Bilan des forces
Faites le bilan des forces s'appliquant sur le solide. Justifiez le nom de chute libre en montrant qu'on peut négliger
une de ces forces dans les conditions expérimentales présentes.
Donnez l'expression littérale du travail (noté W ) de la résultante des forces appliquées au système entre G0 et G
en fonction de m, g et z. Ce travail est-il moteur ou résistant ?
AB.FWFBA 
)AB ,F(
F
A
B

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b) Tableau de résultats
1. Déplacez le fichier chute1.rw3 du répertoire R : vers le répertoire T :. Ouvrez ce fichier.
2. Cliquez sur Grandeurs, puis Variables. Vous disposez de différentes valeurs de z et t.
3. Ci-dessous, figure un extrait du tableau que vous devez compléter avec les dates t correspondantes.
t (ms)
z (mm)
W(mJ)
0,01916
-1,80
0,06906
-23,4
0,09384
-43,2
0,1133
-63,0
0,1285
-81,0
0,1433
-100,8
0,1568
-120,6
0,1692
-140,4
0,1817
-162,0
0,1954
-187,2
c) Exploitation avec le logiciel REGRESSI
Suivre le protocole d’utilisation de Regressi pour calculer W.
Afficher la représentation graphique de W en fonction de –z.
Déterminer le coefficient directeur et conclure.
Barrière
optique
Mobile
Prises DIN
ORPHY
A
E
x
O
z
;i
;k
G

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U
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G
GR
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RE
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S
SS
S
SI
I
I
"Création des nouvelles grandeurs ou paramètres"
Paramètres expérimentaux
Y+, Paramètre expérimental Y+, Paramètre expérimental Y+, Paramètre expérimental
Symbole : m g z0
Unité : kg N.kg –1. m
Commentaire : Masse de la règle intensité de la pesanteur cote de G à t = 0
Valider et entrez la valeur : 0,0488 9,81 0
Expression du travail du poids
Y+, Grandeur calculée Y+, Grandeur calculée
Symbole : W Symbole : z1
Unité : J Unité : m
Commentaire : Travail du poids Commentaire : opposé de z
Expression : W = m*g*(z0-z) Expression : z1 = -z
Afficher W = f(z1).
Modéliser et relever le coefficient directeur.

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Fiche prof
Effets d’une force : Expérience du sèche cheveu et du wagonnet sur le rail
Le sèche-cheveux exerce une force
F
constante sur le wagonnet. La valeur de cette force est réglable en jouant
sur l'intensité de la soufflerie. Soit D la distance sur laquelle la force est exercée, c'est la distance parcourue par
le wagonnet sur le rail sous l'effet de la force. Soit  l'angle que fait la force avec la direction du déplacement.
 Comment évaluer grossièrement l'effort, le travail, qui a été produit par le sèche-cheveux sur le wagonnet
?
La vitesse acquise par le wagonnet mesure l'effort (le travail) qui a été produit sur le wagonnet par le sèche
cheveu.
 Comparer l’effet de la force exercée sur le wagonnet, en modifiant l’intensité, la direction et le sens de
cette force.
Dans quels cas, le travail ( effet de la force ) moteur, résistant, ou nul ?
On observe que la vitesse acquise par le wagonnet (donc le travail de la force
F
) est d'autant plus forte que :
- l'intensité de
F
est grande
- que la distance D sur laquelle on pousse le wagonnet est grande
- que la force a même direction et même sens que le déplacement ( petit et
F
dans le même sens que le
déplacement)
On note aussi qu'une force orthogonale au déplacement du wagonnet n'a aucun effet sur le wagonnet.
wagonnet tiré par plusieurs personnages
effet
moteur
résistant
nul
F1
x
F2
x
F3
x
F4
x
F5
x
F