Représenter un vecteur vitesse ainsi que ses variations par la

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NOM : Prénom : Groupe :
Chap. P5
QU’EST-CE QUI FAIT CHANGER LE VECTEUR VITESSE ?
Date
TP P5
Note
Compétences mises en jeu (expérimentales ou théoriques)
Évaluation
Interpréter un enregistrement réalisé avec une table à coussin d’air.
I
P
AB
B
Représenter un vecteur vitesse ainsi que ses variations par la somme de vecteurs.
I
P
AB
B
Faire un bilan de forces permettant d’élaborer des hypothèses et des conclusions
I
P
AB
B
Objectifs : Expliquer le mouvement d’un solide en confrontant bilan des forces et mesures réalisées sur enregistrement.
Compte rendu : Complète la présente feuille ainsi que les documents joints lorsque cela est précisé.
PROBLEMATIQUE
Il s’agit de répondre à la question du titre : Qu’est-ce qui fait changer le vecteur vitesse ? Il sera alors possible de
prévoir la variation du vecteur vitesse donc peut-être le mouvement du mobile… Mais comment ? A vous de répondre !
EXPERIENCE
On enregistre les positions du point G, centre d’inertie du
mobile autoporteur, à des dates séparées par = …….. ms.
Le mobile S est relié par un fil inextensible, passant dans la
gorge d’une poulie, à une masse M = ……. g.
La masse M descend d’une certaine hauteur puis s’arrête. On
obtient le DOCUMENT N°1.
1. Fais le schéma de l’expérience dans le cadre ci-contre.
2. Pourquoi le second mobile doit-il être présent sur la table ?
…………………………………………………………
…………. Doit-il être obligatoirement en marche ? ……….
Au cours du TP, tu essaieras de reproduire le même
type d’enregistrement que le DOCUMENT N°1
poulie
masse
de 200g
Tabouret permettant
de retenir la masse
qui n’entraînera
plus le mobile
mobile
EXPLOITATION DE LA PREMIERE PHASE
3. Comment est la trajectoire du point G ? …………………………… Elle présente deux phases : Lesquelles ? Tu
numéroteras les positions de G0 à G14. Puis, sur l’enregistrement, tu indiqueras les deux phases en les décrivant
sommairement : ……………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………….
4. Détermine les caractéristiques du vecteur vitesse instantanée en deux points G5 et G7. Représente ces vecteurs
vitesses en précisant l’échelle. Tu pourras donner le détail de tes calculs au verso
5. Le vecteur vitesse a-t-il varié entre les positions G5 et G7 ? De quelle manière ? ……………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………..……...……………….
6. Représente au point G6 la variation V = V7 - V 5.
7. Fais le bilan des forces appliquées au mobile pendant cette première phase en supposant que la poulie en rotation ne
modifie pas la tension du fil, que la table est horizontale et que les frottements sont négligeables. Pour cela :
a) Fais un bref inventaire des forces appliquées au mobile en évaluant la valeur de chacune. Il est intéressant de
réaliser un D.O.I. au préalable.
b) Représente les vecteurs forces sur le schéma ci-contre sans fixer d’échelle mais en restant cohérent. Appelle
le professeur pour vérification
8. Construis F. (Tu peux le représenter où tu veux sur le schéma)
9. Compare la direction et le sens de F et V : ………………………………………………………………………..………….
G
direction du fil
sens du
mouvement

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EXPLOITATION DE LA DEUXIEME PHASE
10. Représente les vitesses instantanées au niveau des points G11 et G13.
Le vecteur vitesse a-t-il varié entre les positions G11 et G13 ? .…...….
Dans ce cas, exprime au point G12 la variation V = V13 - V11 = ...….
11. Fais le bilan des forces appliquées au mobile pendant cette
deuxième phase. Complète le schéma ci-joint.
12. Quelles particularités présentent les vecteurs F et V dans ce
cas ? ………...………………………………………………..…...……....
PREMIERE CONCLUSION (HYPOTHESE)
 Si V = 0 ( ce qui revient à dire que VG ne varie pas ) alors ...............................… ………….......................................
 Si V  0 ( ce qui revient à dire que VG varie ) alors .................……….............….. ……………...................................
Dans ce cas, on remarque que le sens et la direction de F et V sont ……………………….………………
Appelle le professeur pour la lui montrer
AUTRE EXPERIENCE
13. Observe le DOCUMENT N°2 : Décris le mouvement de G (renseignements sur la trajectoire et la vitesse) …………………
…………………………………………………………………………………………………………………………….……………
………………………………………………………………………………………………………………………………………….
14. Représente aux point G2 , G6 et G10 la variation du vecteur vitesse V2 tel que V2 = V3 – V1 … etc.
15. D’après ton hypothèse, comment connaître la direction et le sens de la résultante des forces exercées sur le mobile ?
Justifie : ………………………………………………………………………….……………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………….…
VERIFICATION DE L’HYPOTHÈSE
16. Voici le protocole qui a permis d’obtenir l’enregistrement DOCUMENT N°2 :
« … Le mobile autoporteur S est relié, par un fil inextensible, à un point fixe A. Ce mobile est lancé sur la table
horizontale, fil tendu. On enregistre les positions du centre d’inertie du solide G à des intervalles de temps égaux… ».
Fais un bilan sommaire des forces exercées sur le mobile dans cette situation. Précise quelle est la force non
compensée.
17. Après ce bilan, penses-tu que ta réponse à la question 16 est alors correcte ? Dans le cas contraire, corrige ton
hypothèse ci-dessous en essayant de généraliser à toute situation (si ce n’est pas fait)
18. Qu’est-ce que tu remarques d’ailleurs…
- en comparant les différents vecteurs V ? ………………………..…………………………………………….…..………
- en comparant les vecteurs F et V ? ………………….………………………………………………….…….…………
CONCLUSION FINALE (GENERALISATION)
Deux situations se présentent :
 Soit le vecteur vitesse varie : Dans ce cas la seconde loi de Newton s’applique (à voir en terminale). Tout ce
que l’on peut dire à notre niveau est : « La résultante des forces de F et la variation V du vecteur vitesse ont
………..…….… .……………… et ……………… ………………………………… ».
 Soit le vecteur vitesse ne varie pas : Dans ce cas la première loi de Newton s’applique. On l’appelle aussi
principe d’inertie (vu en seconde). Dans ce cas, les deux vecteurs sont ………… .
G
sens du
mouvement

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DOCUMENTS D’ETUDE
Document n°1
Masse du mobile S : 603 g
Masse de la masse marquée : 200 g
Intervalle de temps : 0,040 s
Document n°2
Intervalle de temps : 20 ms
Rotation uniforme telle que V = 0,8 m.s-1
Échelle : 1 cm  0,1 m.s-1
G0
Mobile S