TP10 La physique des chutes

Prise de vue non
orthogonale au
sujet filmé
PARTIE 2 : Temps, mouvement et évolution
TP10
La physique des chutes
Objectif : Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour étudier un mouvement.
Document 1 : Une séquence expérimentale
Étape 1 du protocole :
La burette graduée est remplie de permanganate de potassium, le zéro est fait. L’expérimentateur ouvre
le robinet de la burette et compte 20 gouttes avant de le refermer. Le niveau du liquide dans la burette
correspond à la graduation 1,0 mL.
Étape 2 du protocole :
L’utilisation de la vidéo est très pratique pour étudier un mouvement. On souhaite filmer
une goutte de permanganate de potassium en chute dans de l’huile.
On place une caméra visant perpendiculairement à une éprouvette graduée remplie
d’huile. Ce réglage est important pour ne pas avoir de problèmes de parallaxe lors de
l’exploitation de la vidéo.
On place la burette graduée juste au-dessus de l’éprouvette d’huile. On laisse couler une
goutte et on filme sa chute dans l’huile.
Vous disposez de la séquence vidéo obtenue :
TP10_chute_goutte_KMnO4_0,05mL_ds_huile_15,8cm_entre_70_et_230mL.avi
Document 2 : Masses volumiques
Masse volumique de l’huile : =
Huile
ρ 0,916 g·cm
-3
(à 20 C)
Masse volumique du permanganate de potassium en solution est la même que celle de l’eau:
=
potassium de tepermangana
ρ 1,00 g·cm
-3
(à 20 C)
Document 3 : La poussée d’Archimède
Un solide, en mouvement ou non, totalement immergé dans un fluide (liquide ou gaz), subit de la part
de ce fluide des forces pressantes : ce sont des forces de contact qui s'exercent sur toute la surface du
solide. Elles sont perpendiculaires à cette surface en chacun de ses points, et dirigées vers le solide.
Leur résultante
A
F
ou
π
n'est pas nulle: c'est la poussée d'Archimède.
Théorème d'Archimède: la poussée d'Archimède
A
F
s'exerçant sur un objet de volume V
objet
totalement
immergé dans un fluide est l'opposée du poids du volume du fluide déplacé :
A fluide objet
F V g
=−ρ ⋅ ⋅
Document 4 : Les lois de Newton
Première loi de Newton ou principe d'inertie :
Lorsqu'un système matériel est pseudo isolé (soumis à des forces qui se compensent) ou isolé
(soumis à aucune force) par rapport à un référentiel galiléen alors soit :
- il est au repos
- le mouvement de son centre d'inertie est rectiligne uniforme. Son vecteur vitesse est
alors constant.
La réciproque est vraie d’où la traduction mathématique de cette loi :
G
ext
F O v est constant
= ⇔
∑

Deuxième loi de Newton ou principe fondamentale de la dynamique :
Dans un référentiel galiléen, la somme vectorielle des forces extérieures appliquée à un système
matériel est égale à la dérivée par rapport au temps de sa quantité de mouvement :
ext
dp d(m.v)
F
dt dt
= =
∑
Dans le cas particulier ou le système conserve une masse constante, la seconde loi devient :
ext
dp d(m.v) d(.v)
F m. m.a
dt dt dt
= = = =
∑
Troisième loi de Newton ou principe des actions réciproques :
Lorsqu'un système matériel A exerce une force
A /B
F
sur un système matériel B alors celui-ci exerce
sur le système matériel A une force opposée
B / A
F
.
Ces 2 vecteurs forces sont opposés (même direction et norme mais sens opposé) :
A /B B / A
F F
=−
PARTIE 1 : ÉTUDE DE LA CHUTE D’UNE GOUTTE DANS L’HUILE
ANALYSER :   10 min conseillées
1. Élaborer la suite du protocole décrit dans le document 1 pour caractériser le mouvement de la
goutte de permanganate de potassium lors de sa chute dans l’huile.
RÉALISER :   20 min conseillées
2. Mettre en œuvre ce protocole et caractériser le mouvement.
Résultats de modélisation :
APPEL N°1 Appeler le professeur pour lui présenter le protocole expérimental
ou en cas de difficulté
APPEL N°2 Appeler le professeur pour lui présenter les résultats expérimentaux
ou en cas de difficulté

VALIDER :   30 min conseillées
3. La première loi de Newton s’applique-t-elle à ce mouvement ? Justifier.
4. Faire l’analyse des forces qui agissent sur le système étudié, les schématiser et calculer leur valeur
lorsque c’est possible.
5. Déterminer la valeur de la troisième force s’appliquant sur le système.
POUR S’ÉVALUER…
S’approprier coefficient 1 A B
Réaliser coefficient 2 A B C D A B C D
Valider coefficient 3 A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D
Note 20 18 14 12 18 16 13 11 16 14 10 8 15 13 9 7 19 17 13 11 18 16 12 10 15 13 10 8 14 12 8 6
S’approprier coefficient 1 C D
Réaliser coefficient 2 A B C D A B C D
Valider coefficient 3 A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D
Note 18 16 12 10 16 15 11 9 14 12 8 6 13 11 7 5 17 15 11 10 16 14 10 8 13 11 8 6 12 10 6 5
APPEL N°3 Appeler le professeur pour lui présenter vos conclusions
ou en cas de difficulté

0
2
2
0 0
1
2
=− +
y
x x
v
g
y(x) x x
v v
PARTIE 2 : ÉTUDE D’UN PROJECTILE DANS UN CHAMP DE PESANTEUR UNIFORME
ANALYSER :   20 min conseillées
6. Vous disposez d’une séquence vidéo au cours de laquelle on observe une balle de golf initialement
lancée (TP10_lancer_balle_golf.avi). La règle jaune en arrière-plan mesure 1,14 m.
Élaborer un protocole permettant de caractériser le mouvement de la balle de golf lors de son
mouvement dans l’air.
RÉALISER :   20 min conseillées
7. Mettre en œuvre ce protocole et étudier les coordonnées du vecteur vitesse.
Résultats de modélisation de la trajectoire :
Résultats de modélisation des coordonnées du vecteur vitesse :
VALIDER :   20 min conseillées
8. L’équation de la trajectoire d’un projectile en chute libre lancé depuis l’origine d’un repère
(O,i, j)
est :
Peut-on qualifier ce mouvement de chute libre ?
APPEL N°4 Appeler le professeur pour lui présenter le protocole expérimental
ou en cas de difficulté
APPEL N°5 Appeler le professeur pour lui présenter les résultats expérimentaux
ou en cas de difficulté

9. Retrouver expérimentalement les caractéristiques de la vitesse initiale
(
)
0
0
V
x
0 V
y
v par identification
entre l’expression théorique de la trajectoire et la modélisation de la courbe expérimentale.
10. L’expression théorique de la flèche de la trajectoire est :
2
2
oy
s
v
y
g
=
La valeur expérimentale est-elle en accord avec cette expression ?
POUR S’ÉVALUER…
Analyser coefficient 2 A B
Réaliser coefficient 2 A B C D A B C D
Valider coefficient 2 A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D
Note 20 18 16 15 18 17 15 13 16 15 12 11 15 13 11 10 18 17 15 13 17 16 13 12 15 13 11 10 13 12 10 8
Analyser coefficient 2 C D
Réaliser coefficient 2 A B C D A B C D
Valider coefficient 2 A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D
Note 16 15 12 11 15 13 11 10 12 11 8 7 11 10 7 6 15 13 11 10 13 12 10 8 11 10 7 6 10 8 6 5
APPEL N°6 Appeler le professeur pour lui présenter vos conclusions
ou en cas de difficulté