TP : Chute d`un corps

TP : Chute d’un corps
Objectifs : -étudier la chute d’un corps dans différents milieux
-comprendre le phénomène de viscosité
QCM :
1. Que vaut l’accélération de la pesanteur terrestre g ?
a) 8,91
b) 9,81
c) 1,89
d) 1,62
c) m/s²
d) m²/s
2. Quelle est son unité ?
a) N/kg
b) m/s
3. Quelle(s) formule(s) relie(nt) le poids P, la masse m, et g ?
a) m=
P
g
b) P=mg
c) g=
P
m
d) P=m²g
4. Parmi les 4 dessins ci-dessous, quel est celui où le poids est correctement représenté ?
a) N°1
b) N°2
c) N°3
d) N°4
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Trois élèves, Pierre, Paul et Jacques, ont du matériel à leur disposition : deux éprouvettes graduées, deux
billes, de l’eau et de l’huile d’olive. Ils s’apprêtent à faire une expérience, mais avant cela, ils évoquent,
chacun d’entre eux, des hypothèses.
Pierre dit : « Je pense que la bille tombera plus vite dans l’eau, mais qu’elle atteindra sa vitesse maximale
plus tôt dans l’huile que dans l’eau ! »
Paul dit : « Moi, je pense que tu as tout faux, et que la bille tombera plus vite dans l’huile, mais qu’elle
atteindra sa vitesse maximale plus tôt dans l’eau que dans l’huile ! »
Et Jacques réplique : « Eh bien moi, je pense que vous vous trompez tout les deux. Il n’y aura aucune
différence entre l’eau et l’huile. »
Selon vous, qui de Pierre, Paul ou Jacques a raison ?
I. Expérience :
Matériel à disposition :
-deux éprouvettes graduées
-deux billes de même dimension, même masse
-eau
-gel douche
Remplissez vos deux éprouvettes, l’une avec de l’eau, l’autre avec du gel douche, en faisant attention d’avoir
la même quantité de fluide dans chacune. Placez ensuite les billes (l’une dans l’eau, l’autre dans le gel
douche), de telle sorte à ce que la moitié soit immergée dans le fluide. Lâchez les deux billes en même
temps. Que remarquez-vous ?
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Sachant que l’huile d’olive interfère sur la bille comme le gel douche, pouvez-vous maintenant dire qui de
Pierre, Paul ou Jacques a raison ?
L’expérience faite par nos trois élèves consiste donc à mettre de l’eau dans une éprouvette, dans un
premier temps, et de lâcher la bille dans l’eau à un temps t=0, à une hauteur h=0 et à vitesse nulle. La même
expérience est reproduite, mais avec de l’huile. La chute de la bille est chronométrée, et la distance
parcourue, toutes les 40ms pour l’eau et toutes les 20ms pour l’huile, est mesurée.
Nous allons étudier les données récoltées par nos trois élèves.
II. Chute de la bille dans l’eau :
Voici les données récoltées pour la bille tombant dans l’éprouvette remplie d’eau :
t (ms)
h (mm)
v (m/s)
0
0
40
10,5
80
26,2
120
58,5
160
94,2
200
142,5
240
190,2
280
244,9
320
295
360
350
1. Calculer la vitesse moyenne de la bille.
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2. Calculer la vitesse de la bille à chaque hauteur (point par point), toutes les 40ms. Compléter le tableau.
3. Tracer la courbe de la vitesse en fonction du temps.
4. Décrire l’évolution de la vitesse au cours du temps.
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III. Chute de la bille dans l’huile :
Voici les données récoltées pour la bille tombant dans l’éprouvette remplie d’huile :
t (ms)
h (mm)
v (m/s)
0
0
20
3,8
40
9,2
60
18,5
80
28,5
100
41,2
120
53,9
140
69,1
160
84
180
101,2
200
118
220
137
240
155
260
174,8
280
193,5
300
213,6
320
232,5
340
252,7
360
271,5
380
291,8
400
310,7
420
331
440
350
1. Calculer la vitesse moyenne de la bille.
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2. Calculer la vitesse de la bille à chaque hauteur (point par point), toutes les 20ms. Compléter le tableau.
3. Tracer la courbe de la vitesse en fonction du temps.
4. Décrire l’évolution de la vitesse au cours du temps.
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IV. Comparaison et viscosité :
1. Comparer les deux courbes tracées précédemment. Lister toutes les différences que vous pouvez
remarquer. Qui de Pierre, Paul ou Jacques avait raison ?
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2. Le phénomène qui engendre la différence qu’il y a entre ces deux fluides s’appelle la viscosité.
Déterminer la valeur de la viscosité dynamique, notée η, de l’eau ainsi que de l’huile d’olive à l’aide du
diagramme ci-dessous, à une température de 20°C. Donner cette valeur en Pa.s, sachant que 1 cP = 1 mPa.s
(kg/m/s).
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3. Pouvez-vous déduire l’effet de la viscosité sur un fluide, en prenant pour exemple le cas de la chute de
la bille, dans l’eau et dans l’huile ?
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