FORCES ET EFFETS DES FORCES CORRECTION
1. Principe de fonctionnement d’un dynamomètre à ressort
Le référentiel d'étude est un référentiel terrestre lié à la salle de classe.
1.1. Réflexions préliminaires
1°/ Inventaire des forces s'exerçant sur le système {masse marquée} lorsqu'elle est immobile.
Poids de la masse marquée
de valeur
, verticale vers le bas
Force exercée par le ressort sur la masse, tension du ressort
, verticale, vers le haut
Poussée d’Archimède qui est négligeable devant les autres forces.
Que peut-on dire de la somme vectorielle de ces forces et de leurs valeurs ? Justifier.
La masse étant immobile dans le référentiel terrestre, le principe de l’inertie (ou 1° loi de Newton ) dit que
la somme vectorielle des forces est nulle. Donc
.
En valeur cela donne
donc
2°/ Inventaire des forces s'exerçant sur le système {ressort} lorsqu'il est immobile :
Poids du ressort négligeable devant les autres forces.
Poussée d’Archimède négligeable devant les autres forces
Force exercée par la potence sur le ressort
, verticale, vers le haut
Force exercée par la masse sur le ressort
, verticale, vers le bas
Que peut-on dire de la somme vectorielle de ces forces et de leurs valeurs ? Justifier.
Le ressort étant immobile dans le référentiel terrestre, le principe de l’inertie (ou 1° loi de Newton ) dit que
la somme vectorielle des forces est nulle. Donc
.
En valeur cela donne
.
3°/ En utilisant le principe des actions réciproques, calculer la valeur commune « F » des vecteurs
forces qui s'exercent sur le système {ressort}.
La force exercée par la masse sur le ressort (
) et la force exercée par le ressort sur la masse
sont des
actions réciproques. D’après le principe des actions réciproques, elles ont même valeur, même direction
mais des sens contraire.
Donc
et en valeur
. Comme
et
on peut donc écrire que la valeur commune F
des vecteurs forces s’exerçant sur le système {ressort} est
.
1.2. Protocole expérimental
1.3. Exploitation
1°/ Graphe représentant les variations de F en fonction de l'allongement
.
F est une fonction linéaire de
car le graphe est une droite passant par l’origine.
2°/ En déduire la loi de Hooke c'est-à-dire la relation entre F et
.
ou k est la constante de raideur du ressort en
l’allongement du ressort en m
F en N
La tension du ressort
.
1.4. Conclusion
Principe de fonctionnement d'un dynamomètre à ressort :
Le ressort du dynamomètre étant au préalable étalonné, on connaît l’allongement qu’il aura lorsqu’on lui
exerce une certaine force.
En suspendant une masse, le dynamomètre donne directement la valeur du poids de la masse lorsque la
masse est immobile et que la masse du ressort est négligeable.