TP Physique N° 09

Chute d'une goutte

d'encre dans l'huile.

Correction.

 

   

Programme 2010 : Physique et Chimie


I - Principe.

II - Guide de manipulation.

III - Schéma.

IV - Observations.

V - Exploitation des mesures.

VI - Conclusions.

 

 Objectifs :

   Vérifier qu’un mouvement est rectiligne uniforme.

   Vérifier le principe d’inertie.

   Déterminer la relation existante entre le mouvement d’un objet et les forces appliquées à l’objet.

 

I- PRINCIPE

 

 

On étudie le mouvement d’une goutte d’encre dans une colonne d’huile contenue dans une éprouvette de 500 mL.

On relève la position de la goutte à différents instants, pour en déduire la valeur de la vitesse à différents instants.

On analyse le mouvement pour vérifier le principe d’inertie.

 

 

II- GUIDE DE MANIPULATION

 

1)- Expérience :

-  À l’aide d’un compte-gouttes, on laisse tomber une goutte d’encre dans une éprouvette de 500 mL contenant de l’huile.

-  On déclenche le chronomètre à l’instant du passage de la goutte devant la graduation 500 mL de l’éprouvette.

-  On note la date de passage de la goutte devant les graduations 450 mL, 400 mL,…, 50 mL.

2)- Constitution de l’équipe : Il faut :

-  Un élève qui observe la chute de la goutte et qui donne les différents tops au passage de la goutte devant les graduations indiquées.

-  Deux élèves qui notent les valeurs au tableau.

-  Il faut deux chronométreurs, qui lisent l’indication du chronomètre lors des différents tops.

-  Attention : Si vous faites une erreur de manipulation, il faudra recommencer entièrement la manipulation !!!

-  D’abord s’entraîner à lire à la volée : au « top » donné par un élève l’autre lit le chronomètre et note la valeur lue… ou bien trouver une autre méthode selon le cas.

 

 

III- SCHEMA

 

film :
goutte d'encre qui tombe dans l'huile

5 images / seconde

1 image / seconde

Rédiger Faire un schéma du dispositif.

 

 

 

IV- OBSERVATION

 

Rédiger Recopier le tableau et reporter les mesures dans les 2 premières lignes du tableau ci-dessous :

Graduation

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

Temps t en s

                   

Hauteur h  en m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vitesse v en m.s – 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Graduation

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

Temps t en s

0

3,20

6,40

9,40

12,4

15,6

18,6

21,8

24,8

27,8

Hauteur h  en m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vitesse v en m.s – 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rédiger Questions préliminaires :

-  Pourquoi utilise-t-on de l’encre colorée ?

-  On utilise de l’encre colorée pour des raisons de visibilité.

-  On peut facilement observer le mouvement de la goutte d’encre dans l’huile.

-  L’encre est plus dense que l’huile et non miscible avec elle,

-  La goutte tombe lentement au fond de l’éprouvette graduée.

 

 

-  Dans quel référentiel étudie-t-on le mouvement ?

-  Comme référentiel d’étude, on a pris l’éprouvette, puisqu’on se réfère aux graduations

-  C’est un référentiel terrestre.

 

-          Énoncer le principe d’inertie.

-          Principe d’inertie : 

Tout corps persévère dans sont état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme s’il est soumis à des forces qui se compensent.

-          Quelle est la trajectoire de la goutte d’encre ?

-          La goutte d’encre tombe verticalement. Elle est animée d’un mouvement rectiligne.

 

 

V- EXPLOITATION DES MESURES

 

1)- Calculs

-  Mesurer la longueur de colonne d’huile entre les graduations 500 et 50 de l’éprouvette.

-  Établir une correspondance entre les graduations et la hauteur de chute.

-  « 50 mL de graduation correspond à  . . . . . m  de hauteur.» Compléter alors la ligne 3 du tableau.

Graduation mL

h en m

450 mL

0,247

50 mL

0,0274

 

Graduation

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

Temps t en s

0

3,20

6,40

9,40

12,4

15,6

18,6

21,8

24,8

27,8

Hauteur h  en m

0,0

2,70

5,50

8,20

11,0

13,7

16,5

19,2

22,0

24,7

Vitesse v moy

en m.s – 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-  Donner la relation permettant de calculer la vitesse moyenne au cours du déplacement.

-  Calcul de la vitesse moyenne :

-  Distance parcourue : d en m

-  Durée du parcours : Δt en s

 

-  Calculer la vitesse moyenne de la goutte entre les graduations 500 et 400, 500 et 300, 400 et 200, 250 et 50.

-  Détermination de la première vitesse moyenne :

-         

 

Graduation

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

Temps t en s

0

3,20

6,40

9,40

12,4

15,6

18,6

21,8

24,8

27,8

Hauteur h en m

0,0

2,70

5,50

8,20

11,0

13,7

16,5

19,2

22,0

24,7

Vitesse v moy  

x 10 – 3 m.s – 1

 

 

8,6

 

8,9

 

9,00

 

 

9,00

 

-  Que remarquez-vous ?

-  Les différentes vitesses moyennes ont sensiblement les mêmes valeurs. 

-   On remarque que la valeur augmente légèrement puis se stabilise.

 

2)- Graphique (on peut utiliser le tableur Excel)

 

? Tracer le graphe représentant les variations de hauteur de chute h en fonction du temps t.

-  Trouver l’équation de la droite.

-    Équation de la droite moyenne :

-  Type mathématique : h a . t

-  h 8,89 x 10 – 3  t

-  Le coefficient directeur de la droite : a 8,89 x 10 – 3 m / s   

-  Comparer le coefficient directeur de la droite avec les vitesses moyennes de la goutte calculée au 1)-.

-  On remarque que a v moy

-  Quelle est la nature du mouvement de la goutte d’encre ?

-   La goutte d’encre est animée d’un mouvement uniforme.

 

VI- CONCLUSION.

 

-  Peut-on appliquer le principe d’inertie ?

-  En conclusion, la goutte est animée d’un mouvement rectiligne uniforme. On peut appliquer le principe de l’inertie.

 

-  A votre avis combien de forces s’exercent sur la goutte d’encre ? Que peut-on dire sur ces forces ?

 

 

-   La goutte est soumise à son poids
    

Point d'application : 

centre d'inertie G

Direction : 

verticale du lieu passant par G

Sens : 

du haut vers le bas

Valeur :  

P = m . g exprimée en newton (N)

-  À la poussée d’Archimède  

    

Point d'application : 

centre de poussée C

Direction : 

verticale du lieu passant par C

Sens : 

du bas vers le haut

Valeur :  

  π = ρ 0 .V. g  

Exprimée en newton (N)

-  À une force de frottement

    

Point d'application : 

centre d'inertie C'

Direction : 

verticale du lieu passant par G

Sens : 

du bas vers le haut

Valeur :  

f  

(variable) exprimée en newton (N)

-  D’après la réciproque du principe de l’inertie, la goutte est soumise à des forces qui se compensent :

-

goutte