Collège du Bon Pasteur Samedi 7 Novembre 2009 Chapitre 6 La loi de la conservation de la quantité de mouvement linéaire 1- Quantité de mouvement (P) = masse x vitesse "produit de la masse par la vitesse" 2- La 2ème loi de Newton est en relation avec le taux de variation de la quantité de mouvement [justifier??] v F = m.a [a = ] t v F = m. [ m est constante] t m.v PL F= = t t 3- la formule générale de la 2ème loi de Newton: PL F= t par suite la force est:" le taux de variation de la quntité de mouvement" Q- déduire: le principe de la conservation de la quantité de mouvement linéaire: 1- avant le choc v1 v2 m1 m2 2- lors du choc F12 F21 m1 m2 3- après le choc v'1 v'2 m1 m2 Collège du Bon Pasteur Si 2 corps (m1 et m2) se heurtent: D'après la 3ème loi de Newton, le premier corps exerce sur le 2ème une force (F12) pendant que le deuxième exerce sur le premier une force (F21) F12 = - F21 PL1 PL 2 = t t PL1 = - PL2 m1(v'1-v1) = - m2(v'2-v2) m1v'1 - m1v1 = - m2v'2 + m2v2 m1v'1 + m2v'2 = m1v1 + m2v2 quantité de mouvement = quantité de mouvement après le choc avant le choc [on peut dire encore que: "la somme des quantités de mouvement des 2 corps est constante avant et après le choc] [ou la variation totale des quantités de mouvement de 2 corps formant un système isolé = 0] Collège du Bon Pasteur Lundi 9 Novembre 2009 Genres de chocs 1- choc élastique 2- choc non-élastique Déduire: 1- Le choc élastique - On déplace la boule (m1) vers la gauche et on la lâche, m1 gagne une vitesse (v1) et heurte la boule (m2) qui est en repos (v2=0) - Dans 3 la boule m1 s'arrête et m2 est projetée avec une vitesse (v'2) vers la droite - Quantité de mouvement des 2 boules avant le choc = m1v1 + m2v2 = m1v1 + 0 = m1v1 → - quantité de mouvement des 2 boules après le choc = m1v'1 + m2v'2 = 0 + m2v'2 Quantité de mouvement après le choc = m2v'2 → [sachant que p n'est pas perdue lors du choc] de et m1v1 = m2v'2 q.de m. Avant le choc = q. de m. Après le choc et puisque m1 = m2 v1 = v'2 N.B: on dit alors que: Ec de 1ère boule juste avant le choc = Ec de la 2ème après le choc Ou la somme des Ec des 2 boules avant le choc = la somme des Ec des 2 boules après le choc Il n'ya pas aucune perte de l'Ec du système avant ou après le choc "C'est le choc élastique" Application sur le choc élastique: Les boules de billard Problème: m1v1 + m2v2 = m1v'1 + m2v'2 Avant le choc après le choc Collège du Bon Pasteur (2 x 6)+(3 x 0) = 2(-1,2)+3v'2 12 = -2,4 + 3v'2 14,4 = 3v'2 v'2 = 14,4/3 = 4,8 m/s Collège du Bon Pasteur Mardi 10 Novembre 2009 2- Le choc non-élastique Déduire: -dans la figure: on met une matière adhésive sur l'une des 2 boules, ainsi elles se collent lors de leur choc et forment un seul corps (m1+m2) -puisque q.de m. Avant le choc = q.de m. Après le choc m1v1 + 0 = (m1 + m2)vcomm. m1v1 = (m1 + m2)vcomm. vcomm. = m1 .v1 m1 m 2 Si m1 = m2 = m vcomm. = vcomm. m .v 2m 1 = .v1 2 - c.a.d. que l'Ec des 2 boules avant le choc est supèrieure que l'Ec après le choc une quantité d'E est perdue lors du choc [c'est le choc non-élastique] Application: Dans le jeu de Bowling, une quantité d'E est perdue par frottement Problème: m1v1 + m2v2 = (m1 + m2).vcomm. 1x3+0 = (1 + m2) x 0,5 3 = 0,5 + 0,5m2 2,5 = 0,5 m2 m2 = 5kg Collège du Bon Pasteur Mercredi 11 Novembre 2009 L'impulsion Définir: "C'est la variation de la quantité de mouvement d'un corps." Encore: "C'est le produit de la masse par la vitessedu corps". Impulsion = F.t Prouver que (déduire): l'impulsion est la variation de la quantité de mouvement: Impulsion = F.t [F = m.a] = m.a.t [a = v ] = m. v t impulsion = m.v t .t [m est constante] impulsion = mv "variation de la quantité de mouvement" Unité de mesure de l'impulsion: N.s ou kgms-1 Application de l'impulsion: Le joueur de tennis frappe la balle avec sa raquette, il fait une force qui cause une variation de la quantité de mouvement. Problème: (de la fusée p.117) m = 1300kg t = 1sec v2 = 50000 m/s v1 = 0 F=? Impulsion = F.t = mv2 – mv1 F.1 = 1300 x 50000 – 0 F = 6,5 x 107N Remarque: Le fonctionnement de la fusée est basé sur la loi de la conservation de la quantité de mouvement. Collège du Bon Pasteur Expérience pratique pour démontrer la conservation de la quantité de mouvement: Étapes de l'expérience: 1- 2 masses (m1 et m2) sont posés sur un aérotable sur 2 cavaliers, et sont liées par un ressort spiralé 2- On approche les 2 cavaliers en comprimant le ressort quantité de mouvement des 2 = 0 3- Coupons la ficelle qui les attache, les 2 cavaliers se sont propulsés en sens contraire 4- Mesurons la vitesse v1 et v2 des 2 cavaliers (au moyen des cellules photoéléctriques d'un chronomètre) 5- Calculons la quantité de mouvement de chacun, on remarque qu'elles sont égales m1v1 = m2v2 Ou m1v1 – m2v2 = 0 q. de m. avant le choc = q. de m. après le choc Remarque: la quantité de mouvement est une grandeur vectorielle Collège du Bon Pasteur Jeudi 12 Novembre 2009 Questions et réponses (livre scolaire) Q- 1- Complèter: a- la quantité de mouvement d'un corps est le produit de sa masse par sa vitesse b- la loi de la conservation de la quantité de mouvement énonce que: "la somme des quantités de mouvement de 2 corps est constante avant et après le choc." c- s'il n'ya pas de perte dans l'E mécanique à cause d'un choc, celui-ci est un choc élastique d- l'impulsion sur un corps est la variation de la quantité de mouvement Q- 2- Mets () devant la réponse correcte: a- l'impulsion d'une force sur un corps est égale à: F.t b- la loi de la conservation de la quantité de mouvement dans le choc de 2 corps isolés énonce que: la somme des quantités de mouvement des 2 corps est constante avant et après le choc c- lors de la projection d'une balle d'un pistolet: la somme des quantités de mouvement de la balle et du pistolet = 0 d- le système de fonctionnement d'une fusée est basé sur: la conservation de la quantité de mouvement Q- 3- Problème: Un corps de masse 2M kg se déplace avec une vitesse v m/s. Il heurte un autre corps immobile de masse M kg. Après le choc, le premier se déplace avec une vitesse de 1 v m/s et dans le même sens que le 3 deuxième avec une vitesse de 4 v 3 m/s. Vérifier à partir des résultats obtenus la loi de la conservation de la quantité de mouvement ainsi que la loi de la conservation de l'énérgie. 2Mv + 0 = 2M x 1 v + M x 4 v 3 2M.v = 2 Mv 3 + 4 Mv 3 3 = 6 Mv 3 2Mv = 2Mv q. de m. avant le choc = q. de m. après le choc [C'est la loi de la conservation de la quantité de mouvement] Collège du Bon Pasteur Pour prouver qu'il applique la loi de la conservation de l'énérgie: 2Mv = 2Mv v =v Ec avant = Ec après Remarque: Quand une balle est projetée d'un pistolet, la réaction agit sur le pistolet en sens contraire à celui de la balle [application de la 3 ème loi de Newton] mbvb = - mpvp b: balle p: pistolet la personne qui tire une balle sent la réaction sur sa main Collège du Bon Pasteur Samedi 14 Novembre 2009 Questions variées sur chapitre (6) Q- commenter: La quantité de mouvement linéaire d'un corps augmente en augmentant sa masse et sa vitesse? Car P = m.v P m et P v si m ou v augmentent P augmente Le joueur de tennis fait un "suivi" à la balle après l'avoir percutée? Cela pour augmenter le temps t de l'impulsion causant l'augmentation de la variation de la quantité de mouvement, cela augmente la vitesse de la balle et par suite la distance qu'elle parcourt [impulsion = F.t = mv] Un joueur de football doit varier la force qu'il exerce sur la ballon pour le percuter ou pour l'arrêter? Cela pour que: s'il augmente la force dans le même sens, la vitesse augmente et la distance parcourue par le ballon augmente et vice versa et cela d'après la loi [impulsion = F.t = mv] Un corps qui tombe sur la tête d'une personne lui cause du mal? Car le temps de contact est très petit par suite la force impulsive est grande cela lui cause du mal [impulsion = F..t] Un oeuf qui tombe d'une certaine hauteur sur un coussin ne se casse pas? Car le temps de contact est très long ce qui diminue la force impulsive sur l'oeuf et ne se casse pas Dans 4 et 5: v finale du corps = 0 La ceinture de sécurité dans la voiture a une grande importance? Pour que sa quantité de mouvement soit égal à zéro et empêche le danger de s'écraser contre le pare-brise avant. Un joueur de karaté évite la réaction d'une planche en bois après l'avoir brisé? Pour éviter la réaction impulsive si non il risque de se casser le bras [F1 impulsive = - F2] → 3ème loi Dans le choc non-élastique, la somme de l'Ec des corps après le choc est moins que leur somme des 2 corps avant le choc? Collège du Bon Pasteur Car une partie de l'Ec est transformée en d'autres formes d'E, ex: E calorifique, sonore ou E de déformation. Une force impulsive agit sur la fusée? Pour la propulser vers le haut avec une grande quantité de mouvement [F1 = -F2] et pour varier la force de gravité et s'échapper Le choc entre les molécules d'un gaz (ou boules de billard) est un choc élastique? Pas de perte d'Ec La plupart des chocs autour de nous sont des chocs nonélastiques? [masses → grandes] Il ya une perte d'E sous plusieurs formes Que veut-on dire par: impulsion = 100 N.s? Cela veut dire que la variation de la quantité de mouvement du corps pendant 1sec = 100N. F = mv t Q- prouver que l'impulsion égale la variation de la quantité de mouvement? I = F.t = m.a.t = m. v .t = mv t Q- prouver que la somme des quantités de mouvement de 2 corps avant le choc = somme de la quantité de mouvement après le choc? [choc élastique + figure] Q- Quelles sont les conditions du choc élastique? Ec des 2 corps avant le choc = Ec des 2 corps après le choc 1 m1v1² + 1 m2v2² = 1 m1v'1² + 1 m2v'2² 2 2 2 2 q- prouver la loi de la conservation de la quantité de mouvement linéaire. Q- que veut-on dire par: le choc non-élastique? "C'est un genre de choc où une partie de l'Ec des 2 corps après le choc est perdue (transformée) sous forme d'E calorifique, E sonore ou E de déformation ". (ex: accident) Q- Expliquer une expérience pour distinguer entre le choc élastique et le choc non-élastique? Q- Déduire la loi de la conservation de la quantité de mouvement? Collège du Bon Pasteur Q- Que veut-on dire par l'impulsion? Quelle est son unité de mesure? Citer quelques applications sur l'impulsion? Collège du Bon Pasteur Lundi 16 Novembre 2009 Chapitre 8 Mesure de la tempèrature * les états de la matiére: solide – liquide - gaz * la matière est formée de molécules, entre les quelles il ya des forces d'attraction réciproque appelées " forces de cohesion moléculaire" * la matière: "c'est tout ce qui a une masse et occupe un volume de l'espace" * la molécule: "c'est la plus petite partie de la matière qui puisse exister à l'état libre tout en gardant les propriétés de la matière" * les hypothéses de la théorie moléculaire sur la structure de la matière: 1- La matière est formée de molécules. 2- Entre les molécules il ya des espaces vides appelés espaces intermoléculaires (petits solide, plus grands liquide, Trés grands gaz) 3- Il ya des forces entre les molécules appelés forces de cohesion moléculaire (grands solide, moyennes liquide, petites ou présque nulle gaz) 4- Les molécules d'une matière sont en état de mouvement continuel (vibrent dans le cas des solides, mais font un mouvement translatoire dans le cas des liquides et des gaz) Elles on tune Ec (liquide + gaz) et Ep (solide) Ep > Ec (solide) Ec > Ep (liquide + gaz) Leur somme Ep+ Ec = E interne des molécules d'un corps L'effet de la chaleur sur la matière: 1- Changement d'état (du solide liquide gaz) 2- La plupart des matières se dilatent par la chaleur et se contractent par le froid ( et cela à cause de l'augmentation des espaces intermoléculaires comme résultat de l'augmentation de vibration des molécules) Collège du Bon Pasteur Commenter: on laisse un écart (une distance) entre les rails de chemin de fer dans la construction des ponts? Car si on ne le laisse pas, ils peuvent se déformer et causent un dégat car ils se dilatent par la chaleur. 3- Les courants de convection: L'air chaud au contact du soleil (de faible densité) s'éléve vers le haut et est remplacé par l'air froid qui se dirige vers le bas (grande densité) c'est ce qu'on appelle courants de convections. ** ces courants peuvent causer des orages encore causent des taches solaires à la surface du soleil. Collège du Bon Pasteur Mardi 17 Novembre 2009 * La relation entre le travail mécanique et l'energie calorifique * (cela prouve que la chaleur est une forme d'energie) James Joule a effectué plusieurs expériences pour transformer le travail mécanique en energie calorifique. *l'appareil qu'il a utilisé (figure) Composition: - 2 masses (13 Kg) de plomb reliées à un fil enroulé autour de l'axe vertical d'un agitateur qui a 8 palettes qui tournent à l'intérieur d'un recipient en cuivre contenant de l'eau. 2- 4 palettes fixes sont soudées aux parois du récipient rôles: pour empêcher le liquide d'être entraîné et augmente ainsi le frottement. L'idée du fonctionnement: Le travail fourni par les palettes mobiles contre la résistance de l'eau se transforme en énergie interne acquise par l'eau et par le récipient en cuivre. Comment fonctionne cet appareil? 1- avec la manivelle, on enroule le fil autour de l'axe, ainsi on peut soulever les 2 masses. 2- on mesure la température de l'eau du récipient T 3- on laisse tomber les 2 masses (on répète plusieurs fois 2 et 3) et on mesure t finale 4- joule a trouvé que : la valeur du travail mécanique fourni = la valeur de l'énergie interne (Ep des masses pendant leurs chutes) Ou E mécanique fournit = Q de chaleur engendrée m.g.h = m × c × t Q la tempèrature est une mesure de l'énergie interne d'un corps justifier (en donnant des exemples) 1- si un corps gagne une quantité de chaleur, la vibration de ces molécules augmente leur Ec et Ep augmentent E interne augmente Par suite il ya une élèvation de température (corps chaud) Collège du Bon Pasteur 2- si un corps perd une quantité de chaleur, la vibration des molécules diminue, leur Ec et Ep diminuent, E interne diminue, il ya un abaissement de température (corps froid). Q Définir: la temperature d'un systéme: "C'est la propriété par laquelle on peut juger si un systéme est en état d'équilibre thermique avec son environnement ou s'il ne l'est pas" Q que veut on dire par: systémes en équilibre thermique? C.a.d ils ont la même tempèrature (et vice versa) Le thermomètre: " est l'instrument utilize pour mesurer la tempèrature" Collège du Bon Pasteur Mercredi 18 Novembre 2009 Quelles sont les unités de mesure degré Celsuis (ْC) degré Fahrenhait tºc (ْF) tºf "C'est l'échelle dans "C'est l'échelle dans laquelle la température laquelle la de congélation de l'eau température de = 0ºc congélation de l'eau La T.d'ébullition = = 32º 100ºc La T.d'ébullition = 212ºF Pour convertir de la tempèrature? degré Kelvin (ْK) tºK "s'appelle encore l'échelle absolue ºc ºk T ºk = t ºc + 273 0ºc 273 ºk L'échelle kelvin est adoptée pour mesurer la température dans le S.I. 5 0 On utilise la relation: tºc = (t F 32) 9 Ex: 37ºc 98,6ºF C'est la T.normale de l'homme 373 K 212 F 100C 273 K 32 F 0C 0K - 273 C Ex: le point d'ébullition de l'oxygène liquide = -183 C quelle est sa tempèrature en K? T K = tc + 273 = - 183 + 273 = 90 K Remarques : 1) Si la tempèrature d'un corps s'élève de 20 c cela veut dire qu'elle s'est levé de 20K Ex: 10C 30C +20º +273 +273 283 K 303 K +20º Collège du Bon Pasteur 2) Quelle est : l'idée du fonctionnement des thermométres est basée sur: La variation de quelques propriétés physiques avec la variation de tempèrature (ex: dilatation et contraction des liquides) Collège du Bon Pasteur Jeudi 19 Novembre 2009 * Genres de thermomètres: 1- Thermomètre à liquide (E:thermomètres à mercure et à alcool) 2- Thermomètre à gaz à volume constant. 3- Thermomètre à platine Q Comment peut – on déterminer le genre du thermomètre? 1- on choisissant la matière thermomètrique. 2- on choisissant une propriété physique de cette matière qui varie régulèrement avec la tempèrature. [principe] Q- Comparer entre les 3 genres de thermomètres? Genre du T. Matière Propriété La loi utilisée thermo physique 1- th.à Liquide dans un Variation de tºc = liquide tube capillaire la longueur de lt l0 (mercure ou la colonne du 100 l100 l 0 alcool) liquide avec la variation de température 2- th.à gaz Un gaz enfermé Variation de tºc= dans un la pression (p) pt p0 100 récipient de du gaz avec la p100 p0 volume constant température 3- th.à platine La résistance d'une bobine à platine Variation de tºc= la résistance Rt R0 (R) éléc.du fil 100 R100 R0 de la bobine avec la température Problèmes : 1- Si la hauteur de la colonne de mercure dans thermique =12 cm au pot de fusion de la glace. Calculer la tempèrature à laquelle la hauteur de la Collège du Bon Pasteur colonne = 15.2 cm sachant que la hauteur de la colonne au pt d'ébullition de l'eau est 24.8 cm Tc =100 × lt – l0 l0 = 12 cm l100 – l0 l100 = 24.8cm lt = 15.2 cm =100 × 15.2 – 12 = 25 c 24.8 – 12 2- Si la pression d'un gaz d'un therm. à gaz à volume constant est de 100 cm de Hg au point de congélation de l'eau sous pression normale, et 150 cm de Hg au point d'ébullition de l'eau sous P normale, calculer la tempèrature du gaz correspondant à une pression de 140 cm de Hg. Tc =100 × Pt – P0 P0 = 100 cm P100 – P0 P100 = 150 cm Pt = 140 cm Tc =100 × (140 – 100) = 80 c (150 – 100) 3- Dans un thermomètre à platine la résistance de la bobine à 0 est 5 ohm et à 100 est 5.12 ohm. Calculer la tempèrature à laquelle la résistance de la bobine sera de 5.36 ohm. Tc =100 × Rt – R0 R100 – R0 Tc =100 × 5.36 – 5 5.12 – 5 Tc =100 × 0.36 = 300 c 0.12 R0 = 5 ohm R100 = 5.12 ohm Rt = 5.36 ohm Collège du Bon Pasteur ** Rôle du thermostat (dans le réfrigèrateur, climatiseur et le fer à repasser) " C'est de fixer la tempèrature d'un système donné à une valeur déterminée" * Base du fonctionnement : sur la différence qui existe dans le coefficient de dilatation de différence matières. * Composition : un bilame formé de 2 lames métalliques différentes de même dimension. * Fonctionnement: en chauffant les 2 lames se courbent Cu: à un coef. de dilatation > fer (à l'extérieur) (à l'intérieur) Cela coupe le contact et arrête l'appareil de fonctionner (Ex: fer à répasser) Collège du Bon Pasteur