TP Physique N° 03

Tension d'un ressort.

Réalisation d'un dynamomètre.

Équilibre d'un solide.

La Poussée d'Archimède.

Enoncé.

 

   

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Correction

Objectifs :

=>       Déterminer la condition nécessaire d’équilibre d’un solide soumis à des forces.

=>       Définir la tension d’un ressort.

=>       En déduire la notion de tension d’un ressort.

=>       Expliquer comment réaliser un dynamomètre.

=>       Mettre en évidence la poussée d’Archimède.

 

I- Protocole expérimental.
II - Exploitation.
III - Réalisation d'un dynamomètre.
IV - La Poussée d'Archimède.
1)- Introduction.
2)- Protocole expérimental.
3)- Exploitation.
4)- Calcul du poids du volume d'eau déplacé.
5)- Comparaison entre Pe et π.

I- Protocole expérimental.

-    L’extrémité A du ressort étant fixe, on suspend des masses marquées de valeurs croissantes à son autre extrémité B.

-    Pour chaque valeur de la masse m, on mesure l’allongement x du ressort lorsque le système S = {masse marquée} est immobile (on dit aussi en équilibre) dans le référentiel d’étude.

-    Soit  le vecteur poids du système S.

-    La valeur du poids est notée P.

-    Construire un tableau sur le modèle suivant et faire une douzaine de mesures.

-    Ne pas dépasser 250 g pour la valeur de m.

Masse m en g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Poids P en N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x en cm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II- Exploitation.

RédactionFaire un schéma du dispositif.

-    Indiquer le référentiel d’étude.

-    Faire le bilan des forces s’exerçant sur le système S lorsque celui-ci est en équilibre.

-    D’après le Principe de l’inertie vu en classe de seconde (et que vous énoncerez) donner la condition d’équilibre d’un solide soumis à des forces (condition nécessaire mais non suffisante).

-    Donner les caractéristiques de l’action exercée par le ressort sur le système S (point d’application, direction, sens et valeur). 

-    L’action exercée par le ressort sur le système S est appelée, tension du ressort :  notation vectorielle et T représente la valeur de cette tension en newton.

-    Représenter graphiquement les variations de la valeur de la tension T que le ressort exerce sur la masse marquée en fonction de son allongement x, c’est-à-dire T = f (x).

-    Donner les caractéristiques de la fonction obtenue. 

-    Tracer la droite moyenne et déterminer la valeur du coefficient directeur de celle-ci. 

-    Ce coefficient est une grandeur caractéristique du ressort. 

-    On l’appelle la constante de raideur du ressort, notée k. Donner sa valeur et son unité dans le S.I.

III- Réalisation d’un dynamomètre.

RédactionUn dynamomètre permet de mesurer l’intensité d’une force. 

-    Il est généralement constitué d’un système déformable ; un ressort. 

-   À l’aide de l’étude précédente, proposer un protocole permettant la réalisation d’un dynamomètre.

IV- La Poussée d’Archimède.

1)- Introduction.

-    La Poussée d’Archimède est la force exercée par un fluide sur un solide immergé. 

-    Le but de l’étude qui suit est de donner les caractéristiques de la Poussée d’Archimède que l’on note :

2)- Protocole expérimental.

a)- Étape 1 :

-    Suspendre une masse marquée de masse m = 200 g au ressort étudié précédemment.

-    Noter la valeur de l’allongement x du ressort et en déduire la valeur de la tension T exercée par le ressort sur la masse marquée.

b)- Étape 2 :

-    Immerger la masse marquée suspendue au ressort, dans une éprouvette graduée contenant de l’eau.

-    Noter la valeur de l’allongement x’ du ressort et en déduire la valeur de la tension T’exercée par le ressort sur la masse marquée.

3)- Exploitation.

-    Faire le bilan des forces exercées sur le système S = {masse marquée} lors de l’étape 1.

-    Faire le bilan des forces exercées sur le système S = {masse marquée} lors de l’étape 2.

-    En déduire les caractéristiques de la Poussée d’Archimède .

4)- Calcul du poids du volume d’eau déplacé : Pe.

-    Déterminer le volume d’eau déplacé par lecture sur l’éprouvette graduée.

-    En déduire la valeur de la masse me de l’eau déplacée, puis la valeur de Pe.

5)- Comparaison entre Pe et π.

-    Comparer les valeurs de P e et de π et conclure.

-    Récapitulatif : donner les caractéristiques de la poussée d’Archimède.

Poussée

d’Archimède :

=>       Point d’application : Centre de poussée C : le centre du fluide déplacé

=>       Direction : Verticale du lieu passant par C.

=>       Sens : Du bas vers le haut.

=>       Valeur : π =