TP Physique N° 07

La Relativité

du Mouvement.

Correction.

 

   

Programme 2010 : Physique et Chimie

 

Matériel :

- un ordinateur  – imprimante – balle de golf

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

- la vidéo : CHGOLF : MOTO_TS.avi

 

I-      Étude Préliminaire.

1)- Mise en évidence.

-          Considérons un train de voyageur en mouvement. 

-         Dans un compartiment C, un voyageur V1 est assis et un voyageur  V2 se déplace dans le couloir pour rejoindre son compartiment. 

-         Sur le quai Q de la gare un observateur O1 est assis sur un banc et observe le train partir.

-          Figure 1 :

 

Cliquez ici pour démarrer l'animation !!!

 

 

-          Construire un tableau à double entrée permettant de répondre à la question : « X est en mouvement par rapport à Y » ou X représente le voyageur V1, le voyageur V2, l’observateur O1, le compartiment C, le quai Q et Y représente le voyageur V1, le voyageur V2, l’observateur O1, le compartiment C, le quai Q.

-          Mettre la lettre «O» dans la case correspondante si la réponse est affirmative, mettre une croix dans le cas contraire. 

-          Mettre un point d’interrogation lorsqu’on ne peut pas répondre.

 

Mobile

Référentiel

 

V1

V2

O1

C

Q

V1

x

O

O

x

O

V2

O

x

?

O

?

O1

O

?

x

O

x

C

x

O

O

x

O

Q

O

?

x

O

x

2)- Exploitation des résultats du tableau.

-          Dans le tableau, pour un même objet X, les réponses sont-elles toujours identiques  ? Pourquoi  ?

-          En tenant compte de ces éléments, dans quelles conditions peut-on dire qu‘un objet est en mouvement  ?

-          Comment procède-ton pour affirmer qu’un objet est en mouvement  ?

-     Un objet peut être en mouvement par rapport à un référentiel et immobile par rapport à un autre référentiel. 

-     Un objet est  en mouvement lorsque sa distance par rapport au référentiel d'étude varie au cours du temps.

-     Pour affirmer qu'un objet est en mouvement, on choisit un référentiel d'étude , un objet de référence.

II- Étude expérimentale de la chute libre d’une balle.

1)- Définition : un objet est en chute libre lorsqu’il n'est soumis qu’à l’action de son poids.

2)- Expérience 1 : Chute d’une balle lâchée d’une chaise.

a)-     Chargement du fichier.

-     Allumer l’ordinateur (code personnel),

-          cliquer sur PHYSIQUE et ouvrir le logiciel AVIMECA

-     Cliquer sur l’icône :  , sélectionner le disque DONNEES (D :) et dans le dossier vidéo, choisir le fichier CHGOLF.avi

b)-    Propriétés du clip, réglages et étalonnage :

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

-     Cliquer sur l’icône  et adapter l’image à la fenêtre en cochant la case ‘’adapter’’, puis OK.

-     Visionner le clip en cliquant sur l’icône  en bas à gauche de la fenêtre.

-     Choix des axes et étalonnage : 

-          Cliquer sur l’icône étalonnage :

 

Choisir l’origine des axes. Prendre la position initiale du centre de la balle comme origine des axes. Choisir une teinte foncée pour les axes.

Point 1 : centre de la chaise

Point 2 : pied droit de la chaise

 

Marque blanche au milieu de la chaise

 

Pied de la chaise

 

-     Réalisation du pointage de la balle : On peut choisir la taille et la couleur de la cible ainsi que la taille et la forme de la marque.

-     A l’aide de la cible, viser le centre de la balle et faire un clic gauche. 

-          Après le clic, le clip avance d’une image. Renouveler l’opération jusqu’à la fin du clip. 

-          On a ainsi repéré le mouvement du centre de la balle.

-     Cliquer sur l’icône  pour mettre le tracé dans le presse-papier (exclure l’image et laisser la couleur de fond blanche). 

-          Ouvrir un document Word et Coller.  

-          Document obtenu : 

RédigerCommenter : Préciser le référentiel d'étude, le repère d'espace et le repère de temps. 

Référentiel d'étude : chaise d'arbitre

Repère d'Espace :  

Origine : position initiale de la balle de golf

Axe x'Ox : axe horizontale orienté de gauche à droite

Axe y'Oy : axe verticale orienté de bas en haut.

-          Donner les conditions initiales. 

Conditions initiales : la balle est lâchée sans vitesse initiale de l'origine des espaces.

v 0 = 0,0 m / s

x 0 = 0,0 m et y0 = 0,0 m

 

-          à partir de l'observation de l'enregistrement, donner les caractéristiques du mouvement du mouvement du centre de la balle. 

Caractéristiques du mouvement du mouvement du centre de la balle : 

Les positions successives de la balle sont sensiblement alignées. 

Elle chute suivant la verticale du lieu

La balle est animée d'un mouvement rectiligne accéléré. 

Elle parcourt des distances de plus en plus grandes pendant des durées égales τ = 40 ms. 

 

-          Donner un ordre de grandeur de la durée de la chute de la balle. 

 

Ordre de grandeur de la durée de la chute de la balle :

 Δ t 1,0 s 

-          Donner un ordre de grandeur de la hauteur de chute de l’objet. 

Ordre de grandeur de la hauteur de chute de la balle :

 h 2,5 m

-          Quel est l’intervalle de temps entre deux mesures ?

Intervalle de temps entre deux mesures :

 τ = 40 ms

3)- Expérience 2. Chute d’une balle lâchée d’une moto en mouvement.

a)-     Chargement du fichier : MOTO_TS.avi

b)-    Propriétés du clip, réglages et étalonnage : idem

-          Donner les propriétés du clip

-          Réaliser l’étalonnage sachant que le bâton jaune mesure 1,80 m .

-          Choisir deux points par image :

-          Le point 1 est le centre de la balle (choisir comme forme : le cercle et comme couleur le vert)

-          Le point 2 est l’extrémité (à gauche) blanche de la selle de la moto (choisir comme forme : le carré et comme couleur le bleu)

-          Réaliser le pointage du clip : 

-          Viser en premier le centre de la balle (il faut avancer le clip d’une image pour voir la balle), puis en second l'extrémité blanche de la selle. 

-          Le clip avance d’une image après le pointage des deux points.

-          Cliquer sur l’icône  pour mettre le tracé dans le presse-papier (exclure l’image et laisser la couleur de fond blanche). 

-          Ouvrir un document Word et Coller.  

Rédiger Commenter : Donner les conditions initiales.

Référentiel d'étude : Le sol

Repère d'Espace :  

Origine : point O du sol situé à la verticale de la position de la balle au tenps t = 0 s.

Axe x'Ox : axe horizontale orienté de gauche à droite

Axe y'Oy : axe verticale orienté de bas en haut.

 

Conditions initiales : la balle est lâchée avec une  vitesse initiale de l'origine des espaces.

Direction horizontale , orientée de gauche à droite

v 0x 0,80 m / s et v 0y 0,0 m / s 

x 0 = 0,0 m et y 0 = 1,77 m (voir mesure ci-dessous)

 

-          Donner un ordre de grandeur de la durée de la chute de la balle. 

 

Ordre de grandeur de la durée de la chute de la balle :

 Δ t 0,50 s 

 

-          Donner un ordre de grandeur de la hauteur de chute de l’objet. 

Ordre de grandeur de la hauteur de chute de la balle :

 h 1,80 m

 

-          Quel est l’intervalle de temps entre deux mesures ?

Intervalle de temps entre deux mesures :

 τ = 40 ms

-          Donner les caractéristiques du mouvement du centre de la balle par rapport au sol.

Caractéristiques du mouvement du mouvement du centre de la balle par rapport au sol

La balle est animée d'un mouvement curviligne accéléré. 

Elle parcourt des distances de plus en plus grandes pendant des durées égales τ = 40 ms. 

Les positions successives de la balle forme une courbe (portion de parabole).

-          Donner les caractéristiques du mouvement de la balle par rapport à la selle de la moto.

Caractéristiques du mouvement du mouvement du centre de la balle par rapport à la selle :

Les positions successives de la balle sont sensiblement alignées. 

Elle chute suivant la verticale

La balle est animée d'un mouvement rectiligne accéléré. 

Elle parcourt des distances de plus en plus grandes pendant des durées égales τ = 40 ms. 

Ceci car la moto est animée d'un mouvement rectiligne uniforme par rapport au sol.

-          Comment mettre en évidence ce mouvement à l’aide de l’option dessin de Word ?

Caractéristiques du mouvement du mouvement du centre de la balle par rapport à la selle :

On projette les positions successives de la balle sur l'axe y'Oy

 

Remarque : on peut décomposer le mouvement de la balle par rapport au sol en deux mouvements

Un mouvement rectiligne uniforme suivante l'horizontale et

Un mouvement rectiligne accéléré suivant la verticale.

 

 

-          Remarque : Réaliser une projection des différents points représentant la position de la balle sur l’axe y’Oy.

-          Choisir : trait et tracer un trait horizontal. Pour déplacer le trait et le positionner exactement, 

-          Il faut utiliser la combinaison de touches (Ctrl + ) ou (Ctrl + ) , (Ctrl + ) , (Ctrl + ).

-         Exploitation avec le tableur Excel :

-         Origine des dates et origine des espaces :
-         Choisir l’image N° 2 comment origine des dates : images N° 02
-         On peut affiner la position de l’origine des axes pour que les coordonnées du centre de la balle soient :
-          (x0 = 0,0 et y0 = 0,0).
-         Ainsi, l’origine des espaces est la position de la balle au temps t = 0 s.
-         Cliquer sur l’icône  pour mettre les valeurs des différentes mesures dans le presse papier :
-         Choisir « Tabulation » :

Tableau des valeurs :

-         On peut tracer les différents graphes :

-         La courbe de tendance permet d’afficher l’équation de la courbe obtenue et le coefficient de corrélation.
-         La courbe est une portion de parabole.

-         La courbe est une portion droite d’équation : x = 8,367 t + 0,0108

-         La courbe est une portion de parabole : y = – 4,9889 t2 – 1,6038 t + 0,0038

-         La courbe est une portion de droite d’équation : x = 8,4472 t + 0,0673

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