TP1 Chute libre

LCD Physique IIeBC
TP1 Chute libre & Atwood 1
TP2ChuteAtwwod14.docx 22/01/15
TP Chute libre
1) Introduction et but
Un corps qui est lâché sans vitesse initiale suit un mouvement rectiligne accéléré vers le bas.
Aussi longtemps que les frottements de l'air sont négligeables, tous les corps tombent de la
même manière quelle que soit leur masse. Dans ce TP on fera 2 études :
a) chronométrer avec précision la vitesse de chute v(t) sans frottement pour déterminer g
b) faire tomber différents objets pour détecter l’influence du frottement
2) Dispositifs expérimentaux
a) Chute d’une « grille »
On laisse tomber une plaque de bandes sombres et
transparentes appelée ‘picket fence’ ou grille à
travers une barrière lumineuse.
La plaque transprante présente plusieures bandes
opaques, régulièrement espacées (en effet, la
distance séparant le bord supérieur d’une de ces
bandes du bord supérieur de la bande opaque
suivante,mesure exactement 5 cm). Ceci permet à
l’ordinateur de calculer la vitesse en 5 instants en
considérant toujours l’intervalle qui précède et qui
suit.
b) Chute balle
On installe le système PASCO avec déclencheur
magnétique (=photogate) et plaque d’impact
(=time of flight).
Afficher le temps de chute.
On règle le déclencheur pour avoir les hauteurs
approximatives indiquées dans le tableau.
Hauteur exacte : h=H - d
Grille
Cellule photoélectrique
d
h
On utilise 4 balles différentes :
balle jaune : d=2,7cm
golf léger : d=4cm
golf normal : d=4,5cm
globe :
d=10cm
Pour les hauteurs élevées placer la plaque sur le
sol.
Problème : Une balle légère n’est pas lâchée
immédiatement si l’aimantation est trop forte.
Interposer du papier ou/et rondelle en fer.
H
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3) Mesures et exploitation
a) Chute grille
Dans le logiciel DataStudio on branche et sélectionne le picket fence et on visualise des
graphiques avec position x(t), vitesse v(t) et accélération a(t).
Un vêtement est placé au sol pour amortir la chute. Pour un maximum de précision il convient
de laisser chuter la plaque très droit et juste au dessus de la barrière. Pourquoi ?
Ajouter un « fit » quadratique ou linéaire pour les graphiques x(t) et v(t) afin de déduire la
valeur de l’accélération sur chaque courbe. Imprimer les 2 graphiques sur une feuille.
Pourquoi le graphique d’accélération a(t) affichée par le logiciels présente des irrégularités ?
b) Chute d’une balle
Chronométrer le temps de chute t pour différentes hauteurs et 4 corps différents.
Henv(m) H (m)
corps=
0,15
0,25
0,50
0,90
1,5
t1 (s)
balle
h1 (m)
jaune
t2(m)
golf
h2(m)
léger
Henv(m) H (m)
corps=
0,25
0,35
0,60
1,00
1,7
t1 (s)
golf
h1 (m)
lourd
t2(m)
grande
h2(m)
balle
Pour mesurer rapidement
prendre Henv de la plaque
au dispositif de départ.
Puis retrancher
d=2,7cm balle jaune *
d= 4,0cm golf légère *
d= 4,5cm golf lourd
d= 10cm grande balle
*=interposer la rondelle
pour les balles légères.
Eventuellement coopérer
avec vos voisins qui
mesurent les hauteurs en
sens inverse.
a) Rentrer les mesures t,h1,h2,h3,h4 dans un tableau EXCEL
b) Représenter les hauteurs de chute en fonction du temps de chute. Est-ce qu’on obtient
une différence pour les 4 corps?
c) Montrer que h est proportionnel à t2 et déduire une valeur moyenne pour
l’accélération.
d) Approcher h(t) par un fit quadratique: x=At^2+Bt+c. Interpréter la signification des
différents coefficients.
e) Dresser un tableau avec les valeurs obtenues pour l’accélération selon c) et d) pour
chaque corps et comparer à la valeur officielle g=9,8m/s2.
4) Commentaires
Commenter les valeurs obtenues et les difficultés rencontrées. Qu’est ce que vous avez
« découvert » ?
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TP Chute libre ralentie
1) Introduction et but
La chute libre est difficile à étudier quantitativement, car les temps de parcours sont très
courts. Galilée est le premier à chercher comment la ralentir, sans la « dénaturer » : il utilisait
des plans inclinés.
George Atwood (1746-1807) inventa un système de deux masses reliées par un fil qui passe
par une poulie. Si une des masses est plus grande (m2 > m1, par exemple), son poids entraîne
le mouvement, mais on conçoit que la masse m1 ralentisse la "chute" de m2.
2) Etude dynamique
Si l'on modélise le système par une poulie sans inertie et sans frottement, un fil inextensible et
sans masse, on montre que le mouvement est bien uniformément accéléré et que la valeur de
l'accélération
a=g·(m2-m1)/(m1+m2) < g (Formule à établir cf M3 Dynamique)
Pour être très précis il faut tenir compte aussi de l’inertie de la poulie et à la masse du fil, ce
que le constructeur indique par mp=0,010kg ce qui donne :
a=g·(m2-m1)/(m1+m2+mp)
3) Mesure et exploitation
Chronométrer le temps de chute pour différentes hauteurs et différentes valeurs de m1 et m2
et déduire l’accélération.
h=½·a·t2 => a= …….
Vérifier si l’accélération expérimentale correspond au modèle théorique.
m1(kg)
m2-m1(kg)
h(m)
t(s)
a exp(m/s2)
a calc (m/s2)
Simulation : http://subaru2.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/meca/atwood.html
4) Conclusion
Commenter et expliquer les écarts.