TP P6 : "Quel est le sens du vecteur vitesse ?"
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NOM : Chap. P5 TP P6 Prénom : Groupe : Date QU’EST-CE QUI FAIT CHANGER LE VECTEUR VITESSE ? Manipulation / Observation / Construction des vecteurs : Interprétation / Conclusion : Objectifs : - Faire le bilan des forces appliquées à un solide afin d’expliquer son mouvement ou de le prévoir. Compte rendu : Complète la présente feuille ainsi que les documents joints lorsque cela est précisé. PROBLEME Il s’agit de répondre à la question du titre : Qu’est-ce qui fait changer le vecteur vitesse ? Il sera alors possible de prévoir la variation du vecteur vitesse donc peut-être le mouvement du mobile… Mais comment ? A vous de répondre ! EXPERIENCE On enregistre les positions du point G, centre d’inertie du mobile autoporteur, à des dates séparées par = …….. ms. Le mobile S est relié par un fil inextensible, passant dans la gorge d’une poulie, à une masse M = ……. g. La masse M descend d’une certaine hauteur puis s’arrête. On obtient le DOCUMENT N°1. 1. Fais le schéma de l’expérience dans le cadre ci-contre. 2. Pourquoi le second mobile doit-il être présent sur la table ? ………………………………………………………… …………. Doit-il être obligatoirement en marche ? ………. Au cours du TP, tu essaieras de reproduire le même type d’enregistrement que le DOCUMENT N°1 EXPLOITATION DE LA PREMIERE PHASE 3. Comment est la trajectoire du point G ? …………………………… Elle présente deux phases : Lesquelles ? Tu numéroteras les positions de G0 à G14. Puis, sur l’enregistrement, tu indiqueras les deux phases en les décrivant sommairement : …………………………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………………………………………. 4. Détermine les caractéristiques du vecteur vitesse instantanée en deux points G 5 et G7. Représente ces vecteurs vitesses en précisant l’échelle. Tu pourras donner le détail de tes calculs au verso 5. Le vecteur vitesse a-t-il varié entre les positions G5 et G7 ? De quelle manière ? …………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………..……...……………… . 6. Représente au point G6 la variation V = V7 - V 5. 7. Fais le bilan des forces appliquées au mobile pendant cette première phase en supposant que la poulie en rotation ne modifie pas la tension du fil, que la table est horizontale et que les frottements sont négligeables. Pour cela : a) Fais un bref inventaire des forces appliquées au mobile en évaluant la valeur de chacune. sens du mouvement direction du fil G b) Représente les vecteurs forces sur le schéma ci-contre sans fixer d’échelle mais en restant cohérent. Appelle le professeur pour vérification 8. Construis F. (Tu peux le représenter où tu veux sur le schéma) 9. Compare la direction et le sens de F et V : ………………………………………………………………………..…………. EXPLOITATION DE LA DEUXIEME PHASE 10. Représente les vitesse instantanées au niveau des points G 11 et G13. Le vecteur vitesse a-t-il varié entre les positions G11 et G13 ? .…...…. Dans ce cas, exprime au point G12 la variation V = V13 - V11 = ...…. 11. Fais le bilan des forces appliquées au mobile pendant cette deuxième phase. Complète le schéma ci-joint. 12. Quelles particularités présentent les vecteurs F et V dans ce cas ? ………...………………………………………………..…...…….... sens du mouvement G PREMIERE CONCLUSION (HYPOTHESE) Si V = 0 ( ce qui revient à dire que VG ne varie pas ) alors ...............................… …………....................................... Si V 0 ( ce qui revient à dire que VG varie ) alors .................……….............….. ……………................................... Dans ce cas, on remarque que le sens et la direction de F et V sont ……………………….……………… Appelle le professeur pour la lui montrer AUTRE EXPERIENCE 13. Observe le DOCUMENT N°2 : Décris le mouvement de G (renseignements sur la trajectoire et la vitesse) ………………… …………………………………………………………………………………………………………………………….…………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………. 14. Représente aux point G2 , G6 et G10 la variation du vecteur vitesse V2 tel que V2 = V3 – V1 … etc. 15. D’après ton hypothèse, comment connaître la direction et le sens de la résultante des forces exercées sur le mobile ? Justifie : ………………………………………………………………………….…………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………….… VERIFICATION DE L’HYPOTHÈSE 16. Voici le protocole qui a permis d’obtenir l’enregistrement DOCUMENT N°2 : « … Le mobile autoporteur S est relié, par un fil inextensible, à un point fixe A. Ce mobile est lancé sur la table horizontale, fil tendu. On enregistre les positions du centre d’inertie du solide G à des intervalles de temps égaux… ». Fais un bilan sommaire des forces exercées sur le mobile dans cette situation. Précise quelle est la force non compensée. 17. Après ce bilan, penses-tu que ta réponse à la question 16 est alors correcte ? Dans le cas contraire, corrige ton hypothèse ci-dessous en essayant de généraliser à toute situation (si ce n’est pas fait) 18. Qu’est-ce que tu remarques d’ailleurs… - en comparant les différents vecteurs V ? ………………………..…………………………………………….…..……… - en comparant les vecteurs F et V ? ………………….………………………………………………….…….………… CONCLUSION FINALE (GENERALISATION) Deux situations se présentent : Soit le vecteur vitesse varie : Dans ce cas la seconde loi de Newton s’applique (à voir en terminale). Tout ce que l’on peut dire à notre niveau est : « La résultante des forces de F et la variation V du vecteur vitesse ont ………..…….… .……………… et ……………… ………………………………… ». Soit le vecteur vitesse ne varie pas : Dans ce cas la première loi de Newton s’applique. On l’appelle aussi principe d’inertie (vu en seconde). Dans ce cas, les deux vecteurs sont ………… . DOCUMENTS D’ETUDE Document n°1 Masse du mobile S : 603 g Masse de la masse marquée : 200 g Intervalle de temps : 0,04 s Document n°2 Intervalle de temps : 20 ms Rotation uniforme telle que V = 0,8 m.s-1 Échelle : 1 cm 0,1 m.s-1 Mobile S G0
