TP Physique N° 03

Tension d'un ressort. Réalisation d'un dynamomètre. Équilibre d'un solide. La Poussée d'Archimède. Enoncé. Correction

Correction

I- Protocole expérimental.

-  L’extrémité A du ressort étant fixe, on suspend des masses marquées de valeurs croissantes à son autre extrémité B.

- Pour chaque valeur de la masse m, on mesure l’allongement x du ressort lorsque le système S = {masse marquée} est immobile (on dit aussi en équilibre) dans le référentiel d’étude.

- Soit  le vecteur poids du système S.

-  La valeur du poids est notée P.

- Construire un tableau sur le modèle suivant et faire une douzaine de mesures.

- Ne pas dépasser 250 g pour la valeur de m.

II- Exploitation.

Faire un schéma du dispositif.

- Indiquer le référentiel d’étude.

- Faire le bilan des forces s’exerçant sur le système S lorsque celui-ci est en équilibre.

- D’après le Principe de l’inertie vu en classe de seconde (et que vous énoncerez) donner la condition d’équilibre d’un solide soumis à des forces (condition nécessaire mais non suffisante).

- Donner les caractéristiques de l’action exercée par le ressort sur le système S (point d’application, direction, sens et valeur). 

- L’action exercée par le ressort sur le système S est appelée, tension du ressort :  notation vectorielle et T représente la valeur de cette tension en newton.

- Représenter graphiquement les variations de la valeur de la tension T que le ressort exerce sur la masse marquée en fonction de son allongement x, c’est-à-dire T = f (x).

- Donner les caractéristiques de la fonction obtenue. 

- Tracer la droite moyenne et déterminer la valeur du coefficient directeur de celle-ci. 

- Ce coefficient est une grandeur caractéristique du ressort. 

-  On l’appelle la constante de raideur du ressort, notée k. Donner sa valeur et son unité dans le S.I.

III- Réalisation d’un dynamomètre.

Un dynamomètre permet de mesurer l’intensité d’une force. 

- Il est généralement constitué d’un système déformable ; un ressort. 

- À l’aide de l’étude précédente, proposer un protocole permettant la réalisation d’un dynamomètre.

IV- La Poussée d’Archimède.

1)- Introduction.

- La Poussée d’Archimède est la force exercée par un fluide sur un solide immergé. 

- Le but de l’étude qui suit est de donner les caractéristiques de la Poussée d’Archimède que l’on note :

2)- Protocole expérimental.

a)- Étape 1 :

- Suspendre une masse marquée de masse m = 200 g au ressort étudié précédemment.

- Noter la valeur de l’allongement x du ressort et en déduire la valeur de la tension T exercée par le ressort sur la masse marquée.

b)- Étape 2 :

- Immerger la masse marquée suspendue au ressort, dans une éprouvette graduée contenant de l’eau.

- Noter la valeur de l’allongement x’ du ressort et en déduire la valeur de la tension T’exercée par le ressort sur la masse marquée.

3)- Exploitation.

- Faire le bilan des forces exercées sur le système S = {masse marquée} lors de l’étape 1.

- Faire le bilan des forces exercées sur le système S = {masse marquée} lors de l’étape 2.

- En déduire les caractéristiques de la Poussée d’Archimède .

4)- Calcul du poids du volume d’eau déplacé : P_e.

- Déterminer le volume d’eau déplacé par lecture sur l’éprouvette graduée.

- En déduire la valeur de la masse m_e de l’eau déplacée, puis la valeur de P_e.

5)- Comparaison entre P_e et π.

- Comparer les valeurs de P _e et de π et conclure.

- Récapitulatif : donner les caractéristiques de la poussée d’Archimède.