TP Physique. N° 07

Etude de la chute libre.

Travail du poids.

Enoncé.

 

   

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Correction

Matériel :

- un ordinateur muni d’un tableur – une Webcam – balle de golf –

- les logiciels : Logiciel AVIMECA 2.7  ; Excel ou (tableur)

- la vidéo : CHGOLF

 

I - Enregistrement.
1)- Protocole expérimental.
2)- Récupération des mesures.
II - Etude dynamique.
III - Notion de travail d'une force.

1)- Cas général.

2)- Travail d'une force constante.

3)- Etude de l'enregistrement.

IV - Etude d'un document.

I-  Enregistrement.

1)- Protocole expérimental.

-    On filme, à l’aide d’une Webcam la chute d’une balle de golf de masse m = 44 g.

-    On obtient le fichier : CHGOLF.

-    Ouvrir le logiciel d’acquisition et de traitement vidéo : Aviméca 2.7.

-    Clique sur l’icône :  et dans le dossier vidéoS, choisir le fichier : CHGOLF.

-    Avant d’effectuer les mesures, cliquer sur l’icône  et cocher la case adapter, puis sur OK.

-    Cliquer sur l’icône :  propriétés du clip et les noter.

-    Cliquer sur l’icône étalonnage :

Choisir l’origine des axes. Prendre la position initiale du centre d’inertie de la balle comme origine des axes.

Point 1 : centre de la chaise

Point 2 : pied droit de la chaise

 

Cliquer sur mesures.

Le logiciel est prêt à enregistrer les différentes valeurs.

À l’aide de la cible, repérer la position de la balle et faire un clic gauche sur la première image.

Automatiquement, le logiciel affiche la deuxième image de la vidéo et laisse une marque.

Repérer les positions successives occupées par la bille au cours du temps.

-    Remarque : Ne pas oublier de choisir l’origine des axes.

-    On peut choisir l’origine des axes après avoir effectué les mesures.

2)- Récupération des mesures.

-    Cliquer sur l’icône :  . Il apparaît l’affichage suivant :

-    Cliquer sur OK.

-    Les valeurs sont dans le presse-papier.

-    Il ne reste plus qu’à les exploiter.

-    Ouvrir une feuille de calcul Excel, sélectionner la cellule B3 et cliquer sur ‘’coller’’.

3)- Traitement des mesures.

a)- Comment peut-on faire pour connaître la valeur de la vitesse à chaque instant à l’aide du tableur.

b)- Représenter v G = f (t). Commenter la courbe obtenue.

c)- Représenter   vG2 = g (h)

d)- Quelles sont les caractéristiques de la courbe obtenue ?

e)- Déterminer la valeur du coefficient directeur p de la droite obtenue.

f)- Calculer la valeur de ½ p. Conclure et préciser l’équation littérale de la droite obtenue.

II- Étude dynamique.

-    Le système étudié est la balle.

-    Faire le bilan des forces extérieures appliquées au système.

-    Remarque : que peut-on dire des frottements de l’air dans le cas d’une chute libre ?

III- Notion du travail d’une force.

1)- Cas général :

-    Quels sont les effets possibles d’une force dont le point d’application se déplace ? Illustrer chaque réponse par un exemple.

-    Que se passe-t-il si le point d’application ne se déplace pas ?

2)- Travail d’une force constante.

-    Qu’appelle-t-on force constante ?

Définition du travail d'une force constante :

Le travail d’une force constante  dont le point d’application M se déplace de A à B sur le segment [AB]  est égal au produit scalaire du vecteur force  par le vecteur déplacement .

On note :

-  

 

-    Schéma :

3)- Étude de l’enregistrement.

a)- Travail du poids los de la chute libre.

-    La force exercée au cours de la chute libre est-elle constante ? Pourquoi ?

-    Donner dans le repère (O, x, y, z) lié au référentiel d’étude, les coordonnées des vecteurs  et .

-    Déterminer le travail de cette force lorsque le centre d’inertie passe à un point d’altitude yA à un point d’altitude yB.

-    Repère :

b)- Expression à toute autre trajectoire.

-    La trajectoire du centre d’inertie du solide n’est plus rectiligne.

-    Il faut calculer le travail du poids pour un déplacement suffisamment petit pour que

-    la portion de trajectoire (MM’) correspondante soit assimilable à un segment de droite.

-    Conclure.

c)- Expression en fonction de la hauteur de chute h.

-    Donner l’expression du travail du poids en fonction de la hauteur de chute h et conclure.

4)- Relation entre travail du poids et vitesse.

-    En déduire la relation entre le travail du poids et la vitesse au carré.

IV- Étude du document (si le temps le permet).

-    Tracer le vecteur vitesse du centre d’inertie de la balle aux temps tA = 0,20 s et au temps tB = 0,60 s.

-    Déterminer la valeur du travail du poids sur le trajet AB.

-    Le point A correspond à la position occupée par le centre d’inertie de la bille au temps tA

-    et le point B correspond à la position occupée par le centre d’inertie de la bille au temps tB.