TRAVAIL D’UNE FORCE ET ÉNERGIE CINETIQUE 1S P 7 TP But du TP : Trouver la relation donnant la vitesse d’un solide en translation soumis à l’action d’une force qui travail. Découvrir la notion d’énergie cinétique et de transfert d’énergie. 1. Détermination expérimentale de la relation donnant la vitesse d’un solide en translation soumis à l’action d’une force constante. 1.1. Dispositif d’étude Un mobile autoporteur est posé sur une table horizontale. Il est ensuite relié à l’appareil à force constante. Appareil à force constante M O A 1.2. Questions 1°/ L’appareil étant en fonctionnement, on abandonne, en un point O et sans vitesse initiale, le mobile à l’action de la force constante F . Quelle est la nature du mouvement du centre d’inertie du mobile ? 2°/ De quelles grandeurs dépend, selon vous, la vitesse acquise en un point A ? 3°/ A votre avis, comment ces grandeurs influent-elles sur la valeur de la vitesse et pourquoi ? 1.3. Recherche de la relation On désire savoir comment varie la vitesse V atteint par le mobile en un point A quelconque en fonction du travail W(F) effectué par la force F entre O et A. Des différentes hypothèses de relations simples ci-dessous liant W(F) , m et V et dans lesquelles k est une constante à déterminer, quelles sont celles qui sont recevables et donc méritent d’être testées par l’expérience ? (Vous éliminerez celles qui ne le sont pas et vous direz pourquoi.) W k (m V) W k m V W k m V2 W k m2 V W k m2 V2 W k m V W k V m 1.4. Recherche expérimentale de la relation Vous disposez de l’enregistrement des positions du centre d’inertie de trois mobiles autoporteur de masse différentes soumis à une même force. 1°/ Que faut-il faire pour tester les hypothèses retenues ? 2°/ A l’aide du logiciel Généris 5, déterminer la relation. (Faire un fichier par enregistrement et enregistrer dans votre répertoire très régulièrement). 1.5. Détermination de la valeur de la constante k 1°/ Que faut-il faire pour déterminer la valeur de la constante k. 2°/ Déterminer cette valeur. 1.6. Conclusion : notion d’énergie cinétique et diagramme d’énergie 2. Comment le travail d’une force modifie-t-il l’énergie cinétique d’un solide en translation ? 2.1. Cas d’un travail moteur Voici la reproduction d’une chronophotographie du mouvement d’un mobile abandonné en O sans vitesse initiale. La force constante F et le mouvement ont la même direction et le même sens. 1°/ Donner l’expression de la variation d’énergie cinétique entre O et A. F sens du mouvement O A B 2°/ Donner l’expression de la variation d’énergie cinétique entre O et B. 3°/ Donner l’expression du travail de la force F pour le déplacement AB. 4°/ En déduire une relation entre le travail de la force et les énergies cinétiques. 5°/ Conclusion et diagramme d’énergie. 2.2.Cas d’un travail résistant Voici la reproduction d’une chronophotographie du mouvement d’un mobile lancé dans le sens contraire de la force constante F . sens du mouvement B F A O 1°/ Donner l’expression de la variation d’énergie cinétique entre O et A. 2°/ Donner l’expression de la variation d’énergie cinétique entre O et B. 3°/ Donner l’expression du travail de la force F pour le déplacement AB. 4°/ En déduire une relation entre le travail de la force et les énergies cinétiques. 5°/ Conclusion et diagramme d’énergie. 3. Conclusion générale