tp de physique 4 : forces macroscopiques s`exercant sur un solide.

TP DE PHYSIQUE 4 : FORCES MACROSCOPIQUES S’EXERCANT SUR UN SOLIDE.
Pour toute la séance, la valeur de l’intensité de la pesanteur est : g = 9,8 N.kg
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I- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UN DYNAMOMETRE.
Un dynamomètre est un appareil qui permet de mesurer la valeur d’une force. Il est en général constitué d’un ressort dont
l’allongement est proportionnel à cette intensité.
a. Suspendre le dynamomètre au support et mesurer la valeur du poids d’une masse marquée de 50g.
b. Faire l’inventaire des forces s’exerçant sur la masse marquée lors de la mesure. Ces forces se compensent-elles ?
Justifier.
c. Donner les caractéristiques des vecteurs représentant ces deux forces. Quelle relation mathématique lie ces deux
vecteurs ? Faire un schéma. On utilisera l’échelle 1cm pour représenter 0,5 N.
II- COMMENT FABRIQUER UN DYNAMOMETRE ? ETALONNAGE D’UN RESSORT.
1. MESURES :
On réalise le montage ci-contre. On note l
0
la longueur du ressort lorsque
aucune masse n’y est accrochée. On suspend différentes masses marquées au
ressort, on note alors l la longueur du ressort lorsqu’une masse est suspendue.
On définit l’allongement x du ressort par la relation x = l-l
0
.
Mesurer x pour différentes masses marquées et compléter le tableau suivant :
Masse (en g)
force exercée sur
le ressort (en N)
Allongement x
(en cm)
2. EXPLOITATION :
a. Obtention de la courbe d’étalonnage.
On désire tracer puis modéliser la courbe d’étalonnage F = f(x) montrant les variations de la valeur F de la force exercée
sur le ressort en fonction de son allongement x. Pour cela, on va utiliser le logiciel Regressi.
 Ouvrir le logiciel Regressi. Dans le menu Fichier, choisir Nouveau\Clavier. Renseigner la fenêtre qui s’ouvre avec
les grandeurs mesurées et les unités correspondantes. On exprimera x en mètre et F en Newton. Valider.
 Remplir le tableau qui s’affiche dans la fenêtre grandeurs avec les valeurs mesurées précédemment. Attention
aux unités !
 Dans la fenêtre graphe, afficher la courbe désirée.
QUESTION : Quelle est l’allure de cette courbe ? Que peut-on en déduire quant à la relation entre les grandeurs F et x ?
 Pour tracer cette courbe, ouvrir la fenêtre de modélisation en cliquant sur l’icône et choisir l’allure de la courbe
à tracer en cliquant sur .
b. Modélisation de la relation entre F et x.
On désire maintenant modéliser la relation entre F et x, c’est à dire que l’on veut trouver la fonction F : x   F(x) dont la
courbe tracée est la représentation graphique. L’expression de F(x), calculée par le logiciel, est écrite à gauche dans le
cadre Expression du modèle. Cette expression peut-être modifiée manuellement.
i. Quelle est l’expression de F(x) calculée automatiquement par le logiciel ?
ii. Modifier cette expression pour qu’elle soit en accord avec les observations du a, justifier. Mettre à jour les
modifications en cliquant sur .
iii. Conclusion : quelle est la relation mathématique entre F et x ?
III- LA POUSSE D’ARCHIMEDE.
1. Choisir un objet de masse m notée dans le compte rendu. A l’aide du dynamomètre étalonné
précédemment, mesurer le poids P de cet objet.
2. Remplir une éprouvette graduée de 100 mL avec 80 mL d’eau. Immerger totalement la masse
marquée dans l’eau comme indiqué sur le schéma. Une fois l’équilibre atteint, noter les
observations. Quelle est la valeur F de la force mesurée ?
3. Comment peut-on interpréter la variation observée ?
4. Mesurer le volume d’eau déplacée par l’objet. En déduire la masse d’eau déplacée puis la valeur
du poids correspondant, noté F
a
. Indication : la densité de l’eau est 1,0.
5. Comparer la valeur F
a
à l’écart entre les valeurs P et F mesurées précédemment. Conclusion ?
l
0
: longueur du
ressort à vide
x = l
– l
0
:
allongement du
ressort
l
: longueur
du ressort