Sujet ECE 2 - Documents de physique

Sujet ECE 2 : Physique
Mouvement d'un projectile
Contexte du sujet
Un élève lance à la main une balle dans l’air. Une vidéo du lancer « Chute parabolique » et le logiciel
«Atelier scientifique» permettent le pointage des positions de la balle et le traitement des données.
On doit répondre aux questions suivantes :
Objectif n°1 : - l'action des frottements exercés par l'air sur la balle est-elle négligeable ou non au cours
du mouvement ?
Objectif n° 2 : - Déterminer les conditions initiales du lancer à partir de l’étude d’une vidéo ?
La masse de la balle est de 200g et le champ de pesanteur vaut g = 9,8 m.s-2.
La règle verticale visible sur la vidéo mesure 1,0 m
Documents mis à disposition
Doc 1 : Différentes énergies
On rappelle les expressions de l’énergie cinétique Ec =
1
2.m.v2
et de l’énergie potentielle de
pesanteur Epp = m.g.h
l’énergie mécanique d’un système Em = Ec+Epp reste constante quand les frottements sont négligeables.
Doc 2 : Vidéo du lancer d’une balle
Si les frottements peuvent être négligés, l’énergie mécanique d’un système est constante. Dans ce cas les
expressions des équations horaires de la vitesse et de la position s’écrivent :
Analyser un problème (10 min)
1) A l'aide des documents, proposer un protocole afin de répondre à l'objectif n° 1 : « l'action des
frottements exercés par l'air sur la balle est-elle négligeable ou non au cours du mouvement » ?
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2) Quelles sont les deux conditions initiales du lancer (hormis la position initiale) ? Proposer un protocole
pour les déterminer. (Objectif n° 2)
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Appel
n°1
Appeler le professeur pour lui présenter les différents protocoles proposés ou en cas de
difficulté.
Mettre en œuvre des protocoles expérimentaux
(20 min)
2) A l'aide du logiciel de votre choix et de la vidéo « chute parabolique », effectuer un pointage
permettant de repérer les positions de la balle au cours du temps.
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Appel
n°2
Appeler le professeur pour lui présenter vos résultats expérimentaux ou en cas de
difficulté.
Répondre aux objectifs
(20 min)
3) A l'aide des résultats, répondre à l'objectif n° 1. Vous préciserez les éventuelles modélisations
graphiques effectuées.
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4) A l'aide des résultats, répondre à l'objectif n° 2. Vous préciserez les éventuelles modélisations
graphiques effectuées.
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Appel
n°3 Appeler le professeur pour lui présenter les résultats ou en cas de difficulté.

CORRECTION
Analyser un problème (10 min)
1) A l'aide des documents, proposer un protocole afin de répondre à l'objectif n° 1 : « l'action des
frottements exercés par l'air sur la balle est-elle négligeable ou non au cours du mouvement » ?
Déterminons les différentes énergies du système Ec et EPP. Pour cela, nous allons effectuer un pointage
vidéo afin de déterminer la poition de la balle au cours du temps, calculer la vitesse puis Ec et Epp
Ec = 0,5.m.v² et Epp = m.g.z
Ensuite déterminons l'énergie mécanique Em = Ec + Epp et conclure quant à la conservation ou non.
2) Quelles sont les deux conditions initiales du lancer (hormis la position initiale) ? Proposer un protocole
pour les déterminer. (Objectif n° 2)
Les deux conditions initiales sont la vitesse de la balle v0, ainsi que l'angle du lancer α.
Pour les déterminer, on modélise les équations horaires (par une parabole pour y et fonction linéaire pour
x) et on identifie les équations expérimentales avec les équations théoriques données dans les documents
(x,y)
Appel
n°1
Appeler le professeur pour lui présenter les différents protocoles proposés ou en cas de
difficulté.
Mettre en œuvre des protocoles expérimentaux
(20 min)
2) A l'aide du logiciel de votre choix et de la vidéo « chute parabolique », effectuer un pointage
permettant de repérer les positions de la balle au cours du temps.
Appel
n°2
Appeler le professeur pour lui présenter vos résultats expérimentaux ou en cas de
difficulté.
Répondre aux objectifs
(20 min)
3) A l'aide des résultats, répondre à l'objectif n° 1. Vous préciserez les éventuelles modélisations
graphiques effectuées.
On trace les différentes énergies.
On remarque que Em est constant ou quasi !!! On peut la modéliser par une droite horizontale d'équation
Em=b
L'action des frottements peut donc être négligé.
4) A l'aide des résultats, répondre à l'objectif n° 2. Vous préciserez les éventuelles modélisations
graphiques effectuées.
On modélise les équations horaires.

On trouve :
x(t) = 2,26 x t
y(t) = -½ x 9,82 x + 4,64 xt
On identifie :
v0 . Cos α = 2,26
v0 . Sin α = 4,64
d'ou : tan α = 2,05 → α = 64 °
v0 = 4,16 m.s-1