TP Physique N° 10

Le pendule simple.

Enoncé.

   

Programme 2010 : Physique et Chimie

 

 I - Objectifs.
 II - Réalisation d'un pendule simple.

III - Mesure de la période T du pendule simple.

IV - Influence de la longueur du pendule simple sur sa période T

Correction

Matériel :

Différents pendules simples, support, fil, boules, rapporteur, balance.

   

I- Objectifs.

-  Mesurer la période T d’un pendule simple.

-  Vérifier l’affirmation de Galilée : « Le carré de la période est proportionnel à la longueur du pendule.

II- Réalisation d’un pendule simple.

1)- Le pendule simple.

-  Un pendule simple est constitué d’une petite boule suspendue à un fil inextensible fixé à un support. 

-  La longueur du fil est grande devant le rayon de la boule : ℓ fil > 10 R.

2)- Un phénomène périodique.

-  Un phénomène périodique est un phénomène qui se reproduit identique à lui-même à intervalles de temps réguliers.

-  La période T d’un phénomène périodique est la durée au bout de laquelle le phénomène se reproduit identique à lui-même.

L’unité de période T est la seconde s.

-   Dans le cas du pendule simple, la période T correspond à la durée d’une oscillation (un aller–retour).

-  La fréquence f représente le nombre de période par seconde. On écrit :

-  fréquence

unité de fréquence : Hertz :  Hz (il faut pour cela exprimer la période en seconde s).

 

3)- Comment fabriquer un pendule ?

-  Choisir une boule, déterminer la valeur de sa masse m. Régler la longueur du fil de telle sorte que fil 70 cm.

-  Accrocher l’ensemble à un support.

4)- Description du pendule fabriqué.

RédactionFaire un schéma du dispositif.

-  Indiquer sur ce schéma, la longueur ℓ du pendule (distance entre le point de suspension et le centre de la boule) et la valeur de la masse m de l’objet utilisé.

III- Mesure de la période T du pendule simple.

1)- Mode opératoire.

Écarter l’objet et le fil tendu de façon à ce que l’angle α entre le fil et la verticale soit d’environ 10 °.

-  Lâcher l’objet et laisser osciller.

-  Mesurer avec un chronomètre la durée Δt de 10 oscillations (une oscillation correspond à un aller-retour).

-  En déduire la valeur de la période T du pendule puis sa fréquence f.

 

2)- Influence de l’angle de départ : recommencer l’expérience précédente  :

a)- Avec un angle α voisin de 15 °.

b)- Avec un angle α voisin de 5°.

3)- Conclure : comparer les valeurs des périodes mesurées et conclure.

Que signifie l’expression : isochronisme des petites oscillations ?

Que se passe-t-il si l’angle α devient trop grand ?

IV- Influence de la longueur du pendule simple sur sa période T.

1)- Expérience.

Mode opératoire :

-  Raccourcir le fil du pendule de 10 cm environ.

-  Mesurer la longueur ℓ1 du de ce nouveau pendule puis déterminer sa période T1 en utilisant la méthode précédente.

-  Recommencer  et reproduire et compléter le tableau suivant :

Longueur du pendule

  (m)

 

 

 

 

 

 

 

Durée de 10 oscillations

Δt (s)

 

 

 

 

 

 

 

Période

T (s)

 

 

 

 

 

 

 

2)- Exploitation.

RédactionReproduire et compléter le tableau ci-dessous : 

Longueur du pendule

  (m)

 

 

 

 

 

 

 

Période au carrée

T2 (s2)  

 

 

 

 

 

 

 

RédactionTracer la courbe donnant les variations de T2 en fonction de ℓ et conclure.

Utiliser une échelle judicieuse et travailler sur une feuille à petits carreaux ou une feuille de papier millimétré.

RédactionCalculer la valeur du coefficient directeur a de la droite moyenne tracée.

Donner son unité.

en déduire la relation liant T2 et .

RédactionComparer la valeur de a à .

-   (Prendre g = 9,81 m / s ²).

-   Conclusion.

3)- Tracé :

-   On peut tracer la courbe T2 = f (), à l'aide du tableur :

il suffit de rentrer les mesures.

On peut ainsi vérifier les résultats.

Tableur