1° S - TP de physique n° 3

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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.
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