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TP Phys. N° 08 |
Le Principe de l'inertie : correction. |
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Programme 2010 : Physique et Chimie Programme 2020 : Physique et Chimie |
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Matériel : mobile autoporteur, deux stylets, table plane et horizontale.
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.
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.
-
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.
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- La valeur de la vitesse instantanée du point mobile G varie peu au cours du mouvement du mobile. - v G11 ≈ v G16 - 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, v moyG ≈ v G11 ≈ v G16. Le point mobile G est animé d’un mouvement uniforme. - Le point A décrit une cycloïde. Son mouvement est curviligne. - Le point G décrit pratiquement une droite. Son mouvement est rectiligne. |
5)- Conclusion.
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- 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.
-
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.
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.
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- 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.
- 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.
