force et mouvement. principe d`inertie

Chap 17 TP 042011
FORCE ET MOUVEMENT. PRINCIPE D’INERTIE
I/ LE MOUVEMENT ETERNEL ?
Une boule de pétanque finit toujours par s'arrêter. Pourtant, en 1632, dans « Dialogue sur les deux grands
systèmes du monde », GALILÉE a expliqué qu'un mouvement pourrait être éternel.
Dans quelles conditions un mouvement peut-il être rectiligne uniforme ?
Dans Dialogue sur les deux grands systèmes du monde, GALILÉE utilise le personnage de Salviati pour
présenter ses propres idées novatrices face à Simplicio qui défend les idées plus traditionnelles de
l'époque.
SALVIATI. Dites-moi, supposez une surface plane, polie comme un miroir, faite d'un matériau dur comme
l'acier, et qui ne soit pas parallèle à l'horizon, mais Légèrement inclinée. Vous posez dessus une bille
parfaitement sphérique, d'un matériau lourd et très dur. Si vous lâchez la bille, que croyez-vous qu'elle
fera ? Pensez-vous qu'elle restera immobile ?
SIMPLICIO. Je ne crois pas qu'elle va rester immobile ; au contraire, je suis sûr que spontanément elle ira
dans le sens de la pente.
SALVIATI. Et jusqu'à quand la bille roulera-t-elle ? Comment évoluera sa vitesse ? Remarquez bien que je
parle d'une bille parfaitement ronde sur une surface parfaitement lisse afin de négliger tous les obstacles
possibles et faire abstraction de la résistance de l'air.
SIMPLICIO. J'ai compris. À votre question, je réponds que cette bille continuera à se déplacer à l'infini,
pourvu que la surface s'étende ainsi. Et son mouvement sera continuellement accéléré.
SALVIATI. Supposons maintenant qu'on veuille que la bille remonte la pente. Le pourra-t-elle ?
SIMPLICIO. Pas spontanément ; elle n'ira vers le haut que si on la lance, et son mouvement ralentira.
SALVIATI. Donc, vous avez décrit les mouvements de la bille dans deux situations différentes : vous dites
que sur le plan incliné vers le bas, la vitesse de la bille augmente constamment ; mais que sur le plan incliné
vers le haut, sa vitesse diminue... Alors dites-moi qu'arriverait-il à la bille sur une surface horizontale ?
SIMPLICIO. Ici il faut que je réfléchisse. Puisqu'il n'y a pas de pente vers le bas, il ne peut y avoir
d'accélération, et, puisqu'il n'y a pas de pente vers le haut, il ne peut y avoir non plus de ralentissement. Il
me semble par conséquent que la bille devrait naturellement rester arrêtée.
SALVIATI. Je suis d'accord avec vous pourvu que la bille soit posée à l'arrêt sur le plan. Mais si on lui
donnait de l'élan dans une certaine direction sur cette surface horizontale, que se produirait-il ?
SIMPLICIO. Elle irait dans cette direction.
SALVIATI. Mais comment serait son mouvement ? Accéléré comme sur le plan incliné vers le bas, ou bien
ralenti comme sur le plan incliné vers le haut ?
SIMPLICIO. Comme la surface n'est pas inclinée, je ne vois aucune cause d'accélération ni de
ralentissement.
SALVIATI. En effet, et donc si rien ne cause l'accélération ou le ralentissement de la bille, elle roulera à
vitesse constante. Mais alors, pendant combien de temps estimez-vous qu'elle continuera à se déplacer si
elle ne ralentit pas ?
SIMPLICIO. Aussi longtemps que durera cette surface qui ni ne s'abaisse ni ne s'élève.
SALVIATI. Par conséquent, si la surface était infinie, le mouvement serait éternel ?
SIMPLICIO. En effet, c'est ce qu'il me semble.
Q1 : Selon GALILÉE, comment évoluera la vitesse et quelle sera la trajectoire d'une boule lancée sur une
surface parfaitement horizontale et lisse ?
Q2 : Énoncer le principe d'inertie (voir chapitre 7, p. 103).
Q3 : D'après GALILÉE, que peut-on dire des forces extérieures exercées sur une boule lancée sur un plan
horizontal ? Citer ces forces et en proposer une schématisation.
Q4 : Pourquoi, dans la réalité, une boule lancée sur un plan horizontal va-t-elle ralentir puis s'arrêter ?
II/ INFLUENCE DE LA MASSE SUR LE MOUVEMENT
Pour s'entraîner, un rugbyman court en tractant un chariot dont la masse peut être modifiée en ajoutant
des lests. En exerçant une force constante, il met ce chariot en mouvement, puis fait augmenter sa vitesse.

Question :
Quelle est l'influence de la masse d'un système sur son mouvement lorsqu'il est soumis à une force
constante ?
Émettre une hypothèse pour répondre à cette question.
Proposer un protocole permettant de vérifier cette hypothèse.
Matériel disponible : mobiles autoporteurs, ficelle, poulie, différentes masses, dispositif d’enregistrement.
Après accord du professeur, mettre en œuvre ce protocole. Analyser les résultats obtenus et vérifier la
validité de l'hypothèse initiale.
Rédiger une conclusion répondant à la question .
III/ FORCE ET MODIFICATION DU MOUVEMENT
Nous étudions le mouvement d’un projectile en chute libre, c’est à dire soumis seulement à l’action
de la pesanteur terrestre qui peut se représenter par une force constante, de direction verticale, dirigée
vers le bas (le poids).
Ce projectile pourra aussi être lancé avec une vitesse initiale, mais nous n’étudierons le mouvement
du projectile qu’une fois la phase de lancement terminée.
A/ Etude du mouvement de la balle lâchée par le cycliste (cf TP
précédent)
Considérons le mouvement horizontal de la balle. Ce mouvement peut
être mis en évidence en projetant verticalement les positions
successives de la balle sur une horizontale.
Que peut-on dire de la vitesse horizontale de la balle ? Que peut-on
dire de la composante horizontale du poids ? Conclure.
De la même façon, considérons le mouvement vertical de la balle
(projections horizontales sur une verticale).
Que peut-on dire de la vitesse verticale de la balle ? Conclure.
B/ Etude du mouvement d’une balle de basket
A l’aide d’Aviméca, ouvrir le clip « TP 17 basket » , et adapter l’image à la taille de
l’écran (Clip /adapter)
Procéder à l’étalonnage (étalon de longueur sur l’image 1 ; centrer le repère sur la
balle de l’image 10)
Saisir les positions du ballon entre l’image n° 10 (quand le ballon quitte la main du
lanceur), et l’image n° 35 (avant que le ballon ne touche le cerceau du panier).
1. Etude du mouvement horizontal de la balle
A l’aide des valeurs de x relevées par pointage, (ou celles du tableau de valeurs
ci-contre), estimer la vitesse horizontale (selon l’axe des x) pour les dates
suivantes :
On détaillera les calculs pour une valeur.
Pourquoi ne peut-on pas calculer la vitesse pour t=0 et t = 0,76 s ?
Que peut-on dire de la vitesse horizontale vx ?
2. Etude du mouvement vertical de la balle
Procéder de la même façon pour la vitesse
verticale
Que peut-on dire de la vitesse verticale vy ?
3. Conclusion
t (s)
0,12
0,24
0,36
0,48
0,60
0,72
vx (m/s)
t (s)
0,12
0,24
0,36
0,48
0,60
0,72
vY (m/s)
t(s) x(m) y(m)
0 0 0
0,04 0,185 0,206
0,08 0,358 0,402
0,12 0,543 0,586
0,16 0,705 0,749
0,2 0,901 0,901
0,24 1,1 1,02
0,28 1,27 1,15
0,32 1,47 1,27
0,36 1,63 1,36
0,4 1,81 1,43
0,44 1,99 1,49
0,48 2,16 1,53
0,52 2,34 1,56
0,56 2,53 1,57
0,6 2,71 1,56
0,64 2,89 1,56
0,68 3,06 1,54
0,72 3,23 1,5
0,76 3,41 1,44

Dans tous les cas, quels que soient les conditions de lancement, la force qui s’applique à un
projectile :
- modifie la vitesse dans sa propre direction,
- n’agit pas dans la direction perpendiculaire : le mouvement est uniforme selon cette direction.