1° S - TP de physique n° 3 : APPROCHE DE LA DEUXIEME LOI DE NEWTON Objectifs : - découvrir et vérifier expérimentalement la deuxième loi de Newton ; - utiliser des outils informatiques (Avistep et tableur). I. Mouvement rectiligne On a enregistré le mouvement du centre d'inertie d'un mobile autoporteur (point M) sur une table à coussin d'air. On a effectué plusieurs essais, en modifiant les conditions expérimentales (enregistrements n° 1, 2 et 3). 1. Quelle est la nature de chaque mouvement ? Indiquer dans chaque cas deux qualificatifs, l'un prenant en compte l'allure de la trajectoire et l'autre l'évolution de la vitesse au cours du temps. 2. En déduire les conditions expérimentales (position de la table, conditions initiales de lancement). 3. Tracer, dans chaque cas, les vecteurs vitesse v 2 , v 4 , v 6 et v8 . 4. Tracer, dans chaque cas, les vecteurs v3 v4 v2 et v7 v8 v6 . 5. Tracer de même la résultante de toutes les forces qui s'exercent sur le solide (vecteur noté ). 6. Comparer les vecteurs et . Conclure. II. Mouvement circulaire Le mobile autoporteur est attaché par une tige rigide à un support fixe, placé au centre de la table à coussin d'air horizontale. On le lance, perpendiculairement à la tige rigide et on procède à l'enregistrement du mouvement de son centre d'inertie. (Enregistrement n° 4). Répondre aux mêmes questions (sauf la question n° 2) que dans le cas du mouvement rectiligne (I). III. Solide en chute libre avec vitesse initiale On a filmé, avec une caméra numérique, le mouvement d'une boule de pétanque, lancée avec vitesse initiale et on se propose d'étudier, à l'aide du logiciel de pointage Avistep, le mouvement de son centre d'inertie. Lancer le logiciel Avistep puis, ouvrir le fichier vidéo pétanque.avi, situé dans la zone commune de la classe dossier : vidéos 1s. Observer l'ensemble du clip à l'aide de la télécommande puis répondre aux questions : 1. Décrire qualitativement (sans calculs) le mouvement du centre d'inertie de la boule (au cours d'un lancer). 2. On s'intéresse au second lancer de la boule. A partir de quelle image commence-t-il réellement ? Pourquoi ? 3. Se placer sur l’image précédant le début effectif du lancer et procéder aux réglages initiaux du logiciel (choix de l'origine du repère, de l'échelle). Donnée : hauteur d'un volet de la porte fenêtre H = 2,20 m 4. Pointer la position du centre d'inertie de la balle pour chaque image (ne pas hésiter à repasser ensuite sur les images et à corriger des pointés erronés). Copier le tableau de mesures dans le presse-papier. 5. Lancer le tableur Excel, coller le contenu du presse-papier et faire exécuter par le tableur le calcul des coordonnées horizontale vx et verticale vy du vecteur vitesse du centre d'inertie de la boule (dans deux nouvelles colonnes). 6. Tracer les graphiques vx = f (t) et vy = g (t). Commenter l'allure de courbes. 7. Calculer, pour chaque date du tableau de mesures (sauf pour la première et la dernière), les coordonnées v x et v y du vecteur v v(t t ) v(t t ) puis, sa norme (dans trois nouvelles colonnes) 8. Que peut-on en conclure, quant à la direction, au sens et à la norme du vecteur ? Ces résultats étaient-ils prévisibles ? Les frottements de l'air sur la balle sont-ils négligeables ? IV. Conclusion générale Dans les situations précédentes, on a mis en évidence l’existence d’une loi générale connue sous le nom de 2ème loi de Newton. Essayer d’en donner un énoncé général ainsi qu’un résumé sous forme d’expression mathématique.