TP de physique
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Nom de l’auteur : Mme Pardessus Etablissement scolaire: Lycée Pierre de Fermat Courriel : [email protected] Date : mai 2007 Niveau(x) : TS Matière : Physique Type d’activité : TP Physique Partie du Titre de Objectifs de la Item(s) B2i Matériel programme l’activité séance nécessaire Mécanique Etude A partir de l’analyse L.1.3 Ordinateur expérimental de la trajectoire Webcam e d’une chute d’une balle de tennis Je sais régler Logiciel Regavi parabolique lancée vers le haut les Tableur d’une bille à avec une vitesse paramètres (Regressi) partir d’un initiale V0 faisant un d’un logiciel enregistreme angle avec …. nt vidéo. l’horizontale, déterminer à l’aide de graphes judicieusement choisis : La valeur de V0 : valeur de la vitesse initiale La valeur de l’angle La valeur expérimentale de g : intensité du champ de pesanteur Montrer que l’hypothèse qu’il s’agit d’une chute libre est validée. Durée : 2h Commentaires Ce TP propose une situation "déclenchante" : Comment, à partir de la vidéo d’une chute parabolique, déterminer les caractéristiques de ce mouvement ? Le travail expérimental consiste à utiliser un logiciel de pointage (régavi, à tracer et exploiter des graphes judicieusement choisis à l’aide d’un tableur (Regressi), puis à confronter étude expérimentale et théorique. Séance : TS – TP de physique ETUDE EXPERIMENTALE D’UNE CHUTE PARABOLIQUE D’UNE BILLE A PARTIR D’UN ENREGISTREMENT VIDEO. I. OBJECTIFS : A partir de l’analyse de la trajectoire d’une balle de tennis lancée vers le haut avec une vitesse initiale V0 faisant un angle avec l’horizontale, déterminer à l’aide de graphes judicieusement choisis : La valeur de V0 : valeur de la vitesse initiale La valeur de l’angle La valeur expérimentale de g : intensité du champ de pesanteur Montrer que l’hypothèse qu’il s’agit d’une chute libre est validée. II. ÉTUDE THEORIQUE PRELIMINAIRE- Rédaction individuelle relevé au bout de 15 min On se place dans un repère d’étude plan R(O x, y) avec un axe, Oy, vertical dirigé vers le haut et un axe, Ox, horizontal, ce plan contient le vecteur vitesse initiale V0 . On supposera que la chute de la balle de masse m est libre. 1. Déterminer les caractéristiques du vecteur accélération a 2. Établir les expressions littérales de Vx et Vy en fonction du temps t puis de x et y en fonction du temps t (équations horaires). 3. Établir l’équation cartésienne du mouvement. Les expressions obtenues seront écrites au tableau, une fois ce travail relevé, afin de pouvoir exploiter correctement l’étude expérimentale à partir de ces expressions. III. TRAVAIL EXPERIMENTAL. Travail par équipe de 2 ou 3 Filmer avec une webcam (à 1/15 s) le mouvement de chute d’une balle de tennis lancée vers le haut avec une vitesse initiale V0 faisant un angle avec l’horizontale (fichier AVI « parabol1 ») A l’aide du logiciel REGAVI, faire le pointage des différents points : Au préalable fixer l’origine du repère d’étude (O, x, y) avec un axe vertical dirigé vers le haut et définir l’échelle à partir de la règle de hauteur 1,0 m Importer vers REGRESSI. On obtient un tableau de données avec y1, x1 et t Créer les grandeurs Vx et Vy IV. EXPLOITATION. A rédiger par équipe de 2 ou 3 1. Exploitation des données obtenues sur REGRESSI Faire apparaître les graphes nécessaires pour déterminer, V0, l’angle et g (choisir uniquement ceux qui conduisent à une modélisation linéaire) puis les modéliser grâce à l’outil « modélisation » de REGRESSI. Imprimer a- Noter sur votre compte rendu : les graphes étudiés, les modélisations effectuées et les résultats obtenus. b- En déduire les valeurs expérimentales de V0, l’angle et g en justifiant avec soin votre raisonnement. Commenter la valeur de g obtenue 2. Analyse de la trajectoire Tracer le graphe représentant la trajectoire y = f (x) du mouvement. Faire apparaître les vecteurs vitesses et accélérations pour quelques points de la courbe avant le sommet, au sommet et après le sommet (pour cela dans REGRESSI, ouvrir la boite de dialogue Y/X, cliquer sur mécanique et vecteurs vitesse et accélération, dans option choisir quelques points, faire apparaître la courbe de la trajectoire et pointer 4 points à étudier). Imprimer après vérification par le professeur. A l’aide l’outil « modélisation » de REGRESSI, modéliser l’équation de la trajectoire et montrer que l’on peut ainsi retrouver les valeurs de V0 et de l’angle (prendre g = 9,8 m.s-2) a- Quelles sont les caractéristiques du vecteur vitesse au sommet ? b- Noter les résultats de la modélisation de la trajectoire et montrer que l’on peut ainsi retrouver les valeurs de V0 et de l’angle 3. Étude énergétique a- Donner les différentes formes d’énergie : énergie cinétique Ec, énergie potentielle de pesanteur et d’énergie totale à partir des données expérimentales. Faire calculer leurs valeurs au cours du temps à l’aide de REGRESSI. Tracer les courbes correspondantes et imprimer. b- Décrire l’évolution temporelle de ces trois formes d’énergie et commenter. c- Pourquoi peut-on affirmer que la chute étudiée est bien libre ?
