Appliquer le principe d'inertie

 Le centre d'inertie du palet, lancé par le hockeyeur sur une surface de glace horizontale,

évolue durant quelques instants en ligne droite et à vitesse constante.

1. La somme des forces qui s'exercent sur le palet est-elle nulle ? Justifier la réponse.

 2. étude des actions mécaniques :

a. Citer les forces appliquées au palet.

b. Schématiser la situation et représenter ces forces.

Préciser une situation expérimentale

Le document ci-après est une photographie d’un mobile autoporteur évoluant sans frottement sur une table horizontale.

Deux points de la semelle du mobile inscrivent leurs positions respectives à intervalles de temps consécutifs égaux.

1. Caractériser le mouvement de chacun de ces points

2. L’un des points a un mouvement identique à celui du centre d’inertie du mobile. Lequel ? Pourquoi ?

3. L’enregistrement est-il modifié si on secoue la table ? Justifier.

1)- Caractérisation du mouvement de chaque point :

-  Le référentiel d’étude est la table.

-  Le mouvement du point C est rectiligne uniforme. 

-  Les points successifs sont alignés et le point mobile C parcourt des distances égales pendant des durées égales.

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

Il parcourt des distances plus ou moins grandes pendant des intervalles de temps égaux et la trajectoire est curviligne.

 2)- Le point C situé sur la verticale passant par G décrit le même mouvement que le point G.

3)- Le référentiel est la table.

-  Si on secoue la table, le référentiel n’est plus immobile, ni animé d’un mouvement rectiligne uniforme.

-  La table n’est plus un référentiel galiléen.

-  Le palet est toujours soumis à des actions mécaniques qui se compensent,

mais le centre d’inertie du palet n’est plus animé d’un mouvement rectiligne uniforme par rapport à la table.

1. Les forces :

a)- Inventaire des forces :

-  La balle est en interaction avec la Terre , elle a un poids : .

-  Elle subit la Poussée d’Archimède  car elle se déplace dans l’air.

-  Elle subit aussi des frottements de la part de l’air.

b)- Valeur du poids :

-  P = m . g

-  P = 2,3 × 10^–3  × 10

-  P ≈ 2,3 × 10^–2  N

-  Poussée d’Archimède :

-  π = ρ . g . V

-  π = 1,3 × 10 x (4/3) × 3,14 × (1,9 × 10^–2 )³

-  π ≈ 3,7 × 10^–4  N

-  Valeur du rapport : P / π ≈ 62 :

-  La poussée d’Archimède est pratiquement négligeable par rapport au poids de la balle.

-  D’autre part, la poussée d’Archimède est constante au cours du mouvement de la balle dans l’air.

2.

a)- Les grandeurs v et Δv s’expriment en m / s.

b)- La courbe 2 représente les variations de la vitesse v.

c)- Au départ, au temps t = 0 s, la vitesse de la balle est nulle.

-  Elle augmente lors d’une première phase puis tend vers une limite.

-  La variation de Δv est importante au départ, puis cette variation diminue au cours du temps. 

-  Quand t ≈ 2,0 s , v_lim ≈ 8,0 m / s et Δv ≈ 0,0 m / s

3.

a)- Si la balle n’est soumise qu’à son poids P et que Δv = k . F

-  Alors : Δv = k . P avec P = cte  =>  Δv = cte.

b)- La variation de la vitesse Δv ≠ cte car la résultante F ≠ cte.

-  Il existe une autre force que le poids dont la valeur est liée à celle de la vitesse de la balle.

-  C’est une force de frottement due à l’air qui s’écoule le long de la surface de la balle.

-  Elle dépend de la forme de la balle, de la surface de contact et de la vitesse de la balle.

c)- Comme la force de frottement augmente avec la vitesse de la balle,

il arrive un moment au la force de frottement compense le poids de la balle.

La balle étant soumise à des actions mécaniques qui se compensent,

elle est animée d’un mouvement rectiligne uniforme (réciproque du principe de l’inertie)

en conséquence v = cte et Δv = 0.

Pour aller plus loin : (Terminale S)