TP Physique N° 08

Chute dans un fluide.

énoncé

Correction

 

   

 

Mots clés :

Séances de travaux pratiques de physique,

bille, huile,

Avimeca 2.7, Excel,

chute libre, conservation de l'énergie, étude chromatographique,

pointage vidéo, logiciel avimeca 2.7, utilisateur d'un tableur,

varition de la vitesse de chute au cours du temps, vitesse, énergie cinétique, énergie potentielle, énergie mécanique ; ...

 

Moteur de recherche sur les différents sites
 
 
 

Matériel :

Huile d’olive vierge – éprouvette graduée de 1 L – différentes billes métalliques – un ordinateur muni d’un tableur – une WebCam – les logiciels : aviméca 2.7 

Vidéo :  bille50.zip

I-  Chute d’une bille dans l'huile.  Autre étude : Chute verticale dans un fluide.

Pour aller plus loin

1)- Protocole expérimental.

-     On filme, à l’aide d’une WebCam la chute d’une bille dans l’huile contenue dans une éprouvette graduée de 1 L.
-   On obtient le fichier : bille50. bille50.zip
-     Ouvrir le logiciel d’acquisition et de traitement vidéo : aviméca 2.7.
-     Clique sur l’icône : et dans le dossier vidéoS, choisir le fichier : bille50. Vidéo : bille50.zip
-     Avant d’effectuer les mesures, cliquer sur l’icône  et choisir 200 % pour agrandir l’image et améliorer la précision.
-     Cliquer sur l’icône : propriétés du clip et les noter.
-     Propriétés du clip :
-     Cliquer sur l’icône étalonnage :

 

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

 

Placer le premier point 1 sur la graduation 500 mL et le deuxième point sur la graduation 50 mL.

Entrer la valeur 0.242 m

Cliquer sur mesures.

Le logiciel est prêt à enregistrer les différentes valeurs.

À l’aide de la cible, repérer la position de la bille 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.

Données :  Vidéo : bille50.zip

Rayon de la bille : r = 5,00 mm

Masse de la bile m = 4,08 g

Masse volumique de la bille ρ = 7563 kg.m– 3

Masse volumique de l’huile ρ 0 = 920 kg.m– 3

Distance (graduations 50 mL et 500 mL) : D = 242 mm

Intervalle de temps entre 2 images : τ = 20 ms

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)-   Représenter sur le même graphique : x = f (t) et y = g (t). Commenter les courbes obtenues.

b)-  Dans quel référentiel étudie-t-on le mouvement de la bille ?

c)-   Décrire le mouvement de la bille dans ce référentiel.

d)-  Déterminer la valeur de la vitesse moyenne vmoy de la bille entre les deux positions extrêmes.

e)-   Déterminer la valeur de la vitesse instantanée aux temps t8 et temps t14. Décrire la méthode utilisée.

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

g)-  Représenter v = f (t). Commenter la courbe obtenue. En déduire la valeur de la vitesse limite vlim.

h)-  Déterminer la valeur vlim de cette vitesse limite par une autre méthode. Pourquoi la bille atteint-elle une vitesse limite ?

4)- Étude dynamique. Le système étudié est la bille.

a)-   Faire le bilan des forces extérieures appliquées au système au temps t = 0 s, puis aux temps t1, t2, ….

b)-  Décrire le mouvement de la bille entre t0 et t8, puis entre t8 et t21. Quelles conclusions peut-on tirer ?

II- Étude énergétique.

*     Représenter sur le même graphique les variations de l'énergie cinétique, de l'énergie potentielle et de l'énergie mécanique en fonction du temps t.

*     Donner l'allure du graphique observé et tirer les conclusions des observations faites.