TP n°9 : Etude de la chute libre d`un ballon

TP n°9 : Etude de la chute libre d’un ballon
Expérience et traitement de l’information
 On étudie le lancé d’un ballon soumis à son propre poids. Un caméscope a permit d’enregistrer le
mouvement de ce ballon dans le champs de pesanteur terrestre.
 La vidéo est numérisée pour obtenir un fichier « avi» (c’est un format vidéo pour Windows) qui va nous
permettre de décomposer le mouvement image par image.
 Le fichier est enregistré sous le nom « ballon.avi ». Tous les postes ont accès à ce fichier dans le répertoire
du serveur intitulé : « Physique sur ‘Servmult’ (J:) »
I. Le logiciel Dynamic
 C’est un logiciel gratuit que l’on trouve à l’adresse Internet suivante :
http://www.ac-nantes.fr/peda/disc/scphy/dochtml/dynacnan/dynamic.htm
 Pour y accéder, cliquer sur le dossier Physique du bureau puis l’icône Dynamic.
 Le logiciel ouvert, cliquer sur le menu Vidéo. Une fenêtre s’ouvre et vous demande d’indiquer le chemin
et le nom du fichier à traiter. Il se trouve dans le répertoire « Physique sur ‘Servmult’ (J:) » et s’intitule
« ballon.avi ».
 Après ouverture du fichier « ballon.avi », une fenêtre « Traitement vidéo » s’ouvre et vous voyez
apparaître la vidéo. Appuyez sur le bouton lecture pour la faire démarrer.
Il est possible de marquer le début et la fin de la séquence utile (c’est à dire le début et la fin du lancer ). Pour
cela déplacer le taquet de lecture au début de la séquence, marquer en cliquer sur l’icône , déplacer ensuite
le taquet à la fin de la séquence puis marquer en cliquant sur l’icône ).
 Fait avancer image par image la vidéo
 Fait reculer image par image la vidéo
Lecture de la vidéo
Marque le début (icône ) et la fin (icône ) de la séquence utile
Arrêt de la vidéo
Cliquer ici puis sélectionner Physique sur ‘Servmult’ (J :)
Taquet de lecture

 Orienter l’axe des y vers le haut (fenêtre Traitement vidéo : menu initialiser puis orientation)
 Il faut ensuite déterminer le facteur d'échelle : cliquer sur initialiser puis échelle. Choisir ensuite 2 points
sur la vidéo dont la distance est connue : le trait noir marqué sur le mur mesure 1 mètre. Cliquer sur le
premier point et étirer sans relâcher jusqu'au second point. Entrer alors la distance réelle entre les deux
points.
 Une fenêtre « Trajectoire (vidéo)» s’ouvre à droite. C’est dans cette fenêtre que vont apparaître les pointés
que l’on va faire sur la vidéo à gauche.
 Faire défiler image par image (à l’aide des flèches  et ) la vidéo pour vous placer sur le début du
lancer.
 Déplacer la souris sur la vidéo et cliquer sur un point du ballon. On prendra soin de prendre toujours le
même point, la partie la plus à droite du ballon par exemple (c’est la plus visible et la plus facile à suivre).
IMPORTANT : LA QUALITE DE VOS MESURES VA DIRECTEMENT DEPENDRE DE VOTRE
HABILITE A MANIPULER LA SOURIS ! FAITES CETTE TACHE AVEC LE PLUS GRAND SOIN.
 Après le clic, la vidéo est avancée d’une image. Refaire la même chose jusqu’à avoir tous les pointés de la
chute libre.
 Le menu Retour de la fenêtre « traitement vidéo » permet de revenir dans Dynamic : cliquer sur Retour
puis Premier point
II. Exploitation
 Faites apparaître le tableau de mesure : cliquer sur Outils , Tableau , Afficher
 Le tableau donne x, y et les coordonnées vx et vy de la vitesse instantanée (ax et ay sont les coordonnées de
l’accélération, vous étudierez ces notions en terminale). En cliquant sur le menu Fenêtres puis vx(t) et
vy(t), on fait apparaître la courbe donnant l’évolution de la vitesse vx et vy en fonction du temps.
 Quelle remarque pouvez-vous faire concernant les vitesses vx et vy au cours du temps ? Qualifier le
mouvement de la balle de tennis suivant les 2 axes.
 Le document ci-joint vous donne les résultats obtenus pour les 8 premiers points de la trajectoire.
Compléter le tableau en calculant les coordonnées vx et vy des points 3, 4, 5 et 6. On donnera une
expression littérale de ces vitesses avant de calculer leurs valeurs.
 Compléter la feuille de papier millimétré en plaçant les points 3, 4, 5 et 6 et en traçant les vecteurs vitesses
.,, 6543 vetvvv 
 On définit
3
v
la variation du vecteur vitesse autour du point n°3 :
243 vvv  
. Construire ce vecteur
3
v
au point 3. Refaire la même chose pour les points 4, 5 et 6.
 Donner les caractéristiques des vecteurs
6543 ,, vetvvv  
.
 Quelles sont les caractéristiques de la force auquel est soumis le ballon ? (masse du ballon m=100g)
 Comparer le sens et la direction de cette force à celle des vecteurs
6543 ,, vetvvv  
. Conclure
 Pendant la variation
v
du vecteur vitesse, s’ écoule le temps
t
. Calculer le rapport
t
v
. A quelle
valeur bien connue ce résultat vous fait-il penser ?
Origine
 Pour faire apparaître sur l’écran de travail vos pointés, il suffit de cliquer sur l'icône Origine
(+G) du bandeau à gauche de l’écran et de positionner correctement cette origine sur la
feuille de travail (au milieu à gauche pour faire apparaître la trajectoire à droite)

n°
t(s)
x(m)
y(m)
Vx(m/s)
Vy(m/s)
0
0,00
0,000
0,000
1
0,04
0,080
0,165
2,013
3,850
2
0,08
0,161
0,308
2,075
3,300
3
0,12
0,246
0,429
4
0,16
0,330
0,536
5
0,20
0,415
0,625
6
0,24
0,504
0,692
7
0,28
0,585
0,750
2,188
1,113
Echelles
Coordonnées Vitesses
En x : 1 cm  0,05 m Vx : 1 cm  1 m.s-1
En y : 1 cm  0,05 m Vy : 1 cm  1 m.s-1
x(m)
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
y(m)
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
n°1
n°2
n°7
n°0
1
v
2
v