TP physique N° 04 Variation du vecteur vitesse. Correction, Première S

TP Physique N° 04

Variation du vecteur vitesse.

Correction

Enoncé

Objectif :

=> Approche de la deuxième loi de Newton :

=> Comparer la variation du vecteur vitesse du centre d’inertie d’un solide

avec la résultante des forces extérieures qui s’appliquent au solide.

I - Dispositif expérimental.

1)- Etude préliminaire.

2)- Etude des vecteurs vitesse.

3)- Mouvement du point G.

4)- Le vecteur variation du vecteur vitesse.

I- Dispositif expérimental.

1)- Introduction :

- On réalise deux expériences dans lesquelles on utilise un mobile autoporteur placé sur une table à digitaliser horizontale.

- On enregistre la position du centre d’inertie du solide à intervalles de temps égaux τ.

- Ceci est possible grâce à la table à digitaliser munie de son stylet.

- L’ordinateur enregistre la position du stylet à intervalle de temps régulier τ.

- La configuration choisie permet de sélectionner une vingtaine de points.

- Le document obtenu est à l’échelle 1.

2)- Expérience 1 :

- Le mobile est soumis entre autres, à la tension T d’un fil au bout duquel on place une masse marquée de masse m = 100 g.

- Schémas de l’expérience :

Expérience 1

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Expérience 1 enregistrement

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3)- Expérience 2.

- Le mobile autoporteur, maintenu par un fil tendu, est lancé sur la table à digitaliser.

- La table est horizontale.

- On enregistre la position du centre d’inertie du solide à intervalles de temps égaux τ après avoir lâché le mobile.

Expérience 2

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Vidéo

II- Compte-rendu.

1)- Étude préliminaire :

Énoncer le principe de l’inertie.

Énoncé :

Dans un référentiel galiléen, si un solide est isolé ou pseudo-isolé,

alors son centre d’inertie est :

- Au repos (immobile)

- Ou animé d’un mouvement rectiligne uniforme.

Donner l’écriture mathématique du principe de l’inertie.

- On écrit :

- Définir le système étudié S et le référentiel d’étude.

- Système étudié S : Mobile autoporteur

- Référentiel : La table horizontale (référentiel terrestre supposé galiléen)

- Réaliser le bilan des forces extérieures appliquées au système.

- Le mobile est soumis à son poids , la réaction du support et la tension du fil .

- Représenter ces forces sur un schéma (vue de profil) pour chaque expérience.

- La somme vectorielle des forces extérieures appliquées au système S est-elle nulle ? Le principe de l’inertie s’applique-t-il ?

- Conséquence : , le solide n’est ni isolé, ni pseudo-isolé.

- La résultante des forces extérieures appliquée au solide est différente du vecteur nul :

- Le principe de l’inertie ne s’applique pas.

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

- Donner les caractéristiques de la résultante des forces extérieures appliquées au système S dans chaque cas.

- Caractéristiques de :

- Le mouvement a lieu dans le plan de la table horizontale.

- Il n’y a pas de mouvement suivant la verticale au plan de la tableau.

- On en déduit que : et

2)- Étude des vecteurs vitesses.

Expérience 1.

- Représenter le vecteur vitesse instantanée aux instants t₅, t₇, t₁₃ et t₁₅. (échelle 1 cm ↔ 0,20 m / s).

Expérience 2.

- Représenter le vecteur vitesse instantanée aux instants t₄, t₆, t₉ et t₁₁. (échelle 1 cm ↔ 0,20 m / s).

Expérience 2 Vecteurs vitesses

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Vidéo

3)- Mouvement du point G.

- Donner les caractéristiques du mouvement du point G pour chaque expérience.

- Expérience 1 :

- Le mobile est animé d’un mouvement rectiligne accéléré.

- Le mobile parcourt des distances de plus en plus grandes pendant des durées égales.

- Les points sont alignés.

- Expérience 2 :

- Le mobile est animé d’un mouvement circulaire uniforme.

- Il parcourt des distances égales pendant des durées égales.

- Le centre d’inertie G du mobile est toujours à la même distance R du point O.

4)- Le vecteur variation du vecteur vitesse.

Expérience 1 :

- Construire le vecteur variation du vecteur vitesse aux instants t₆ et t₁₄.

Expérience 2 :

- Construire le vecteur variation du vecteur vitesse aux instants t₅ et t₁₀.

- Comparer la direction et le sens du vecteur variation du vecteur vitesse avec la résultante des forces appliquées au système pour chaque expérience.

- Le vecteur a même direction que le fil qui tient le mobile.

- Il a même direction et même sens que la tension du fil .

- Il a même direction et même sens que .

- Le vecteur variation du vecteur vitesse est-il constant au cours du temps ?

- Si l’on travaille toujours avec le même intervalle de temps,

- le vecteur variation du vecteur vitesse garde :

- la même valeur,

- la même direction

- et le même sens au cours du mouvement rectiligne varié.

- Pour le mouvement circulaire uniforme, il garde :

- la même valeur mais,

- il change de direction à chaque instant.

- Il a la même direction que le fil à chaque instant.

- Comparer la direction de la résultante des force extérieures et du vecteur variation du vecteur vitesse pour chaque expérience.

- Conséquence : , ne solide n’est ni isolé, ni pseudo-isolé.

- La résultante des forces extérieures appliquée au solide est différente du vecteur nul :

- On remarque que le vecteur vitesse du centre d’Inertie garde la même valeur.

- Par contre, la direction du vecteur vitesse change au cours du mouvement.

- En conséquence le vecteur varie au cours du mouvement.

- Que peut-on en conclure ?

- Lorsque la résultante des forces extérieures appliquées à un solide est différente du vecteur nul,

- le vecteur vitesse du centre d’inertie du solide varie au cours du mouvement.

- On remarque que la résultante des forces appliquées au solide a :

- même direction

- et même sens que le vecteur variation du vecteur vitesse du centre d’inertie du solide .

Expérience 2 variation du vecteur vitesse

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Vidéo 1 et vidéo 2