TP : Plan Incliné – Travail et énergie cinétique. 1 - Xavv1

TP : Plan Incliné – Travail et énergie cinétique.
1. Objectifs :
 Etudier les modifications de la valeur de la vitesse d’un solide qui glisse sur un plan
incliné.
 Calculer le travail des forces qui agissent sur le solide
 Comprendre que dans ce cas, le travail est un transfert d’énergie liée à la vitesse.
2. Principe :
Un mobile autoporteur de masse m est abandonné sur une table inclinée d’un angle α par
rapport au plan horizontal.
Schéma
m = 558,4g
τ = 60ms
L = 60cm
H = 4,0cm
3. Réalisation :
1. Quelle relation existe-t-il entre L, H et α ?
sin 𝛼 =
𝐻
𝐿
donc :
𝐻
4
𝐿
60
sin−1 = sin−1
= 3, 82 °
Donc α=3,8°
2. Faire l’inventaire des forces agissant sur le solide et les représenter.
On se place dans le référenciel Galiléen du laboratoire. Le système étudié est le mobile
autoporteur. On a donc deux forces qui agissent sur le système :
 𝑃⃗, le poids du mobile. Direction : Verticale, Sens : Du haut vers le bas, norme :
‖𝑃⃗‖ = m.g = 553, 4 x 10-3 x 9,81 = 5,43 N.
 𝑅⃗, la réaction normale. Direction : Verticale au plan incliné, Sens : du bas vers le haut.
Le mobile, étant sur un coussin d’air, on négligera les frottements.
3. Existe-t-il une force dont le travail est nul ?
Les frottements étant négligeables, et comme la réaction est perpendiculaire à la
trajectoire du mobile, par définition :
W (𝑅⃗) = R x AB x cos (𝐹 , ⃗⃗⃗⃗⃗
𝐴𝐵)
𝐴→𝐵
Donc
or
𝜋
cos (𝐹 , ⃗⃗⃗⃗⃗
𝐴𝐵) = 0 car (𝐹 , ⃗⃗⃗⃗⃗
𝐴𝐵) =
2
=O
4. Sur l’enregistrement dont vous disposez, numéroter tous les points : M0, M1, …, M11.
5. Mesurer les distances parcourues depuis le premier point M0 et compléter le tableau :
Points
Distances
M0Mi
(en cm)
Dates t
(en s)
M0
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
M9
M10
0
1,2
2,8
4,5
6,5
8,7
11,2
13,8
16,8
19,9
23,3 26,9
0
0,06
0,12
0,18
0,24
0,30
0,36
0,42
0,48
0,54
0,60 0,66
4. Exploitation :
1. La seule force qui agit sur le mobile et qui effectue un travail est-elle constante ? Son
déplacement est-il rectiligne ?
2. On désigne par β l’angle que fait la direction de cette force avec le plan incliné.
 Ecrire l’expression du travail effectué par cette force.
 Quelle est la valeur de cosβ ?
3. Compléter le tableau.
M11
4. En utilisant le logiciel Regressi, construire les graphes x=f(t) puis V=f(t).
 Quelle est l’allure des courbes ?
 Conclure.
5. Complèter la dernière colonne du tableau en calculant le carré des vitesses puis en
utilisant le logiciel Regressi, construire le graphe W=f(V2).
6. W et V2 sont-ils proportionnels ? Quelle est la valeur du coefficient de proportionnalité ?
Comparer avec la masse m du mobile ? Conclure.