tp de physique 4 : forces macroscopiques s`exercant sur un solide.
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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 I- -1 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 l0 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-l0. Mesurer x pour différentes masses marquées et compléter le tableau suivant : Masse (en g) l0 : longueur du ressort à vide l : longueur du ressort x = l – l0 : allongement du ressort 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 . à tracer en cliquant sur et choisir l’allure de la courbe 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. ii. Quelle est l’expression de F(x) calculée automatiquement par le logiciel ? 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 Fa. Indication : la densité de l’eau est 1,0. 5. Comparer la valeur Fa à l’écart entre les valeurs P et F mesurées précédemment. Conclusion ?
