TP Physique N° 04

Variation

du vecteur vitesse.

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Objectif :

=>  Approche de la deuxième loi de Newton :

=>  Comparer la variation du vecteur vitesse du centre d’inertie d’un solide avec la résultante des forces extérieures qui s’appliquent au solide.

 

I - Dispositif expérimental.
1)- Introduction.
2)- Expérience 1.
3)- Expérience 2.
II - Compte-rendu.
1)- Etude préliminaire.
2)- Etude des vecteurs vitesse.
3)- Mouvement du point G.

4)- Le vecteur variation du vecteur vitesse.

I- Dispositif expérimental.

 

1)- Introduction :

-   On réalise deux expériences dans lesquelles on utilise un mobile autoporteur placé sur une table à digitaliser horizontale. 

-   On enregistre la position du centre d’inertie du solide à intervalles de temps égaux τ.

-   Ceci est possible grâce à la table à digitaliser munie de son stylet. 

-   L’ordinateur enregistre la position du stylet à intervalle de temps régulier τ.

-   La configuration choisie permet de sélectionner une vingtaine de points. 

-   Le document obtenu est à l’échelle 1.

2)- Expérience 1 :

-   Le mobile est soumis entre autres, à la tension T d’un fil au bout duquel on place une masse marquée de masse m = 100 g.

-   Schémas de l’expérience :

 

Expérience 1

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Expérience 1  enregistrement

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3)- Expérience 2.

-   Le mobile autoporteur, maintenu par un fil tendu, est lancé sur la table à digitaliser.

-   La table est horizontale.

-   On enregistre la position du centre d’inertie du solide à intervalles de temps égaux τ après avoir lâché le mobile.

 

Expérience 2

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Vidéo

II- Compte-rendu.

 

1)- Étude préliminaire :

RédactionÉnoncer le principe de l’inertie.

Énoncé :

 Dans un référentiel galiléen, si un solide est isolé ou pseudo-isolé, alors son centre d’inertie est :

-  Au repos (immobile)

-  Ou animé d’un mouvement rectiligne uniforme.

 

RédactionDonner l’écriture mathématique du principe de l’inertie.

-  On écrit :

-   Définir le système étudié S et le référentiel d’étude.

-  Système étudié S : Mobile autoporteur

-  Référentiel : La table horizontale (référentiel terrestre supposé galiléen)

-   Réaliser le bilan des forces extérieures appliquées au système.

-  Le mobile est soumis à son poids , la réaction du support  et la tension du fil .

-   Représenter ces forces sur un schéma (vue de profil) pour chaque expérience.

-   La somme vectorielle des forces extérieures appliquées au système S est-elle nulle ? Le principe de l’inertie s’applique-t-il ?

-  Conséquence : , le solide n’est ni isolé, ni pseudo-isolé.

-  La résultante des forces extérieures appliquée au solide est différente du vecteur nul :

-  Le principe de l’inertie ne s’applique pas.

Le mobile n’est pas animé d’un mouvement rectiligne uniforme.

-   Donner les caractéristiques de la résultante  des forces extérieures appliquées au système S dans chaque cas.

-  Caractéristiques de  : 

Le mouvement a lieu dans le plan de la table horizontale.

Il n’y a pas de mouvement suivant la verticale au plan de la tableau.

-  On en déduit que :  et

2)- Étude des vecteurs vitesses.

Expérience 1.

-   Représenter le vecteur vitesse instantanée aux instants t 5, t 7, t 13 et t 15. (échelle 1 cm 0,20 m / s).

 

Expérience 2.

-   Représenter le vecteur vitesse instantanée aux instants t 4, t 6, t 9 et t 11. (échelle 1 cm 0,20 m / s).

 

Expérience 2 Vecteurs vitesses

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Vidéo

3)- Mouvement du point G.

-   Donner les caractéristiques du mouvement du point G pour chaque expérience.

-  Expérience 1 :

Le mobile est animé d’un mouvement rectiligne accéléré. 

-  Le mobile parcourt des distances de plus en plus grandes pendant des durées égales.

-  Les points sont alignés.

-  Expérience 2 :

Le mobile est animé d’un mouvement circulaire uniforme. 

-  Il parcourt des distances égales pendant des durées égales. 

-  Le centre d’inertie G du mobile est toujours à la même distance R du point O.

 

4)- Le vecteur variation du vecteur vitesse.

Expérience 1 :

-   Construire le vecteur variation du vecteur vitesse  aux instants t 6 et t 14.

 

Expérience 2 :

-    Construire le vecteur variation du vecteur vitesse  aux instants t 5 et t 10.

 

-   Comparer la direction et le sens du vecteur variation du vecteur vitesse avec la résultante des forces appliquées au système pour chaque expérience.

-  Le vecteur  a même direction que le fil qui tient le mobile.

-   Il a même direction et même sens que la tension du fil .

-  Il a même direction et même sens que .

 

-  Le vecteur variation du vecteur vitesse est-il constant au cours du temps ?

-  Si l’on travaille toujours avec le même intervalle de temps,

le vecteur variation du vecteur vitesse garde :

la même valeur,

la même direction

et le même sens au cours du mouvement rectiligne varié.

-   Pour le mouvement circulaire uniforme, il garde  :

la même valeur mais,

il change de direction à chaque instant.

Il a la même direction que le fil à chaque instant.

 

-   Comparer la direction de la résultante  des force extérieures et du vecteur variation du vecteur vitesse  pour chaque expérience.

-  Conséquence : , ne solide n’est ni isolé, ni pseudo-isolé. 

-  La résultante des forces extérieures appliquée au solide est différente du vecteur nul :

-  

-  On remarque que le vecteur vitesse du centre d’Inertie  garde la même valeur. 

-  Par contre, la direction du vecteur vitesse change au cours du mouvement. 

-  En conséquence le vecteur  varie au cours du mouvement.

-   Que peut-on en conclure ?

-  Lorsque la résultante  des forces extérieures appliquées à un solide est différente du vecteur nul,

le vecteur vitesse du centre d’inertie du solide varie au cours du mouvement.

-  On remarque que la résultante  des forces appliquées au solide a :

même direction

et même sens que le vecteur variation du vecteur vitesse du centre d’inertie du solide.

 

 

Expérience 2 variation du vecteur vitesse

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Vidéo 1 et vidéo 2