TP Physique N° 04

Principe de

l'Inertie.

Correction

   

 

I - Étude du mouvement.

II - Le référentiel barycentrique.

III- Le principe de l’inertie.

IV - Animation de l'expérience :

 

Matériel : mobile autoporteur, deux stylets, table plane et horizontale.

 

I- Étude du mouvement.

1)- Dispositif expérimental.

-  À intervalles de temps égaux (τ = 20 ms),

-  Les stylets indiquent leur position sur la feuille en la brûlant ponctuellement.

2)- Expérience.

-  Le mobile est lancé sur la table horizontale avec un effet de rotation.

 

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3)- Étude du système.

-  Système : S = {mobile autoporteur}

-  Référentiel : la table horizontale.

-  Comme elle est liée à la Terre, on utilise un référentiel terrestre.

4)- Exploitation de l’enregistrement.

-  Déterminer les valeurs des vitesses moyenne du point A et du point G entre les instants t1 et t20

-  Déterminer les valeurs des vitesses instantanées du point A et du point B aux dates t11 et t16.

-  Conclusions sur la nature du mouvement du point A et du point G.

-  Vitesses moyennes :

-  vitesse moyenne du point A entre les instants t1 et t20.

-         

-  vitesse moyenne du point G entre les instants t1 et t20.

-         

-  Vitesses instantanées :

-  vitesse instantanée du point mobile A à la date t11.

-        

-  vitesse instantanée du point mobile A à la date t16.

-         

-  vitesse instantanée du point mobile G à la date t11.

-         

-  vitesse instantanée du point mobile G à la date t16.

-         

-  La valeur de la vitesse instantanée du point mobile G varie peu au cours du mouvement du mobile.

-         

-  alors que la valeur de la vitesse instantanée du point mobile A varie sensiblement au cours du mouvement.

-  Elle diminue, puis augmente, et ainsi de suite.

-  Pour le point mobile G,

-  

-  Le point A décrit une cycloïde. Son mouvement est curviligne.

-  Le point G décrit pratiquement une droite.

-  Son mouvement est rectiligne.

-  Le point mobile G est animé d’un mouvement rectiligne uniforme.

5)- Conclusions.

-  Le point A est animé d’un mouvement curviligne, varié et périodique.

-  Le point G est animé d’un mouvement rectiligne uniforme.

II- Le référentiel barycentrique.

1)- Trajectoire du point A.

-  Le point G est le barycentre du système.

-  On va étudier le mouvement du point A dans le référentiel barycentrique.

Méthode :

-  Pour cela, il faut pouvoir immobiliser le point G. sur une feuille de papier calque.

-  placer au centre un point G et représenter un repère orthonormé ayant G pour origine.

-  Faire coïncider le point G de la feuille de papier calque avec le point G0 de l’enregistrement et noter la position du point A0 sur la feuille de papier calque.

-  Faire glisser la feuille de papier calque parallèlement afin de faire coïncider G et G1 et noter la position du point A1 et ainsi de suite.

2)- Exploitation du tracé.

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-  Indiquer la nature du mouvement du point A dans le référentiel Barycentrique.

-  Déterminer les valeurs des vitesses instantanées du point A aux dates t2 et t11.

-  Conclusions.

-  Le point A décrit un cercle par rapport au point G.

-  Vitesses instantanées :

-  vitesse instantanée du point mobile A à la date t2.

-         

-  vitesse instantanée du point mobile A à la date t11.

-       

-         

-  Le point A est animé d’un mouvement circulaire uniforme dans le référentiel barycentrique.

-  La vitesse du point A dépend du référentiel d’étude.

Elle n’est pas la même dans le référentiel « table horizontale » que dans le référentiel barycentrique.

III- Le principe de l’inertie.

1)- Bilan des forces qui s’exercent sur le système.

-  On travaille dans le référentiel : table horizontale (référentiel terrestre) avec un système :

-  S = {mobile autoporteur} qui est soit immobile, soit en mouvement.

-  Le mobile autoporteur est soumis à son poids :

-   force verticale orientée du haut vers le bas.

-  À l’action de la soufflerie : force verticale orientée du bas vers le haut.

-  Lorsque le mobile se déplace sur un plan horizontal ou lorsqu’il est immobile, P = R.

-    et  ont même direction, même valeur et sont de sens contraires.

 autre représnetation

Construire ( et ayant même valeur, on les représentera par des segments fléchés de même longueur).

-  Remarque :

-  Lorsque la somme vectorielle des forces qui s’exercent sur un système est égale au vecteur nul,

on dit que ces forces se compensent.

2)- Principe de l’inertie.

* Dans un référentiel galiléen, lorsqu'un solide est isolé ou

 pseudo isolé, et quel que soit le mouvement de ce solide, son centre d'inertie G peut :

*  rester immobile, s'il est initialement au repos :

* être animé d'un mouvement rectiligne uniforme :

* Un référentiel Galiléen est un référentiel dans lequel le principe de l'inertie est vérifié.

* Un référentiel terrestre peut être assimilé, avec une bonne approximation,

à un référentiel Galiléen.

Dans un référentiel terrestre, lorsque les forces appliquées à un système se compensent,

alors le centre d’inertie G du système est

soit immobile,

soit animé d’un mouvement rectiligne uniforme.

3)- Remarque.

-  Que se passe-t-il si on supprime la souffreie ?

-  Si l’on supprime la soufflerie, il y aura des forces de frottement en plus du poids et de la réaction de la table.

 

-  

-  Les forces ne se compensent pas.

-  G n’est pas animé d’un mouvement rectiligne uniforme.

-  Sa vitesse diminuera au cours du temps jusqu’à ce que le mobile s’arrête.

IV - Animation de l'expérience :

Animation : CabriJava

Mouvement d'un mobile sur

 une table horizontale

Mouvement du point A

et du point G

par rapport à la table

Vidéo