TP Physique N° 09, Chute d'une goutte d'encre dans l'huile, correction, seconde, 2dtp09phc

TP Physique N° 09

Chute d'une goutte d'encre dans l'huile.

Correction.

Enoncé

Programme 2010 : Physique et Chimie

Programme 2020 : Physique et Chimie

I - Principe.

II - Guide de manipulation.

III - Schéma.

IV - Observations.

V - Exploitation des mesures.

VI - Conclusions.

Objectifs :

► Vérifier qu’un mouvement est rectiligne uniforme.

► Vérifier le principe d’inertie.

► Déterminer la relation existante entre le mouvement d’un objet et les forces appliquées à l’objet.

I- PRINCIPE

On étudie le mouvement d’une goutte d’encre dans une colonne d’huile contenue dans une éprouvette de 500 mL.

On relève la position de la goutte à différents instants, pour en déduire la valeur de la vitesse à différents instants.

On analyse le mouvement pour vérifier le principe d’inertie.

II- GUIDE DE MANIPULATION

1)- Expérience :

- À l’aide d’un compte-gouttes, on laisse tomber une goutte d’encre dans une éprouvette de 500 mL contenant de l’huile.

- On déclenche le chronomètre à l’instant du passage de la goutte devant la graduation 500 mL de l’éprouvette.

- On note la date de passage de la goutte devant les graduations 450 mL, 400 mL,…, 50 mL.

2)- Constitution de l’équipe : Il faut :

- Un élève qui observe la chute de la goutte et qui donne les différents tops au passage de la goutte devant les graduations indiquées.

- Deux élèves qui notent les valeurs au tableau.

- Il faut deux chronométreurs, qui lisent l’indication du chronomètre lors des différents tops.

- Attention : Si vous faites une erreur de manipulation, il faudra recommencer entièrement la manipulation !!!

- D’abord s’entraîner à lire à la volée : au « top » donné par un élève l’autre lit le chronomètre et note la valeur lue… ou bien trouver une autre méthode selon le cas.

III- SCHEMA

film : goutte d'encre qui tombe dans l'huile

5 images / seconde

1 image / seconde

Faire un schéma du dispositif.

IV- OBSERVATION

Recopier le tableau et reporter les mesures dans les 2 premières lignes du tableau ci-dessous :

Graduation	500	450	400	350	300	250	200	150	100	50
Temps t en s
Hauteur h en m
Vitesse v en m.s^{– 1}

Graduation	500	450	400	350	300	250	200	150	100	50
Temps t en s	0	3,20	6,40	9,40	12,4	15,6	18,6	21,8	24,8	27,8
Hauteur h en m
Vitesse v en m.s^{– 1}

Questions préliminaires :

- Pourquoi utilise-t-on de l’encre colorée ?

- On utilise de l’encre colorée pour des raisons de visibilité.

- On peut facilement observer le mouvement de la goutte d’encre dans l’huile.

- L’encre est plus dense que l’huile et non miscible avec elle,

- La goutte tombe lentement au fond de l’éprouvette graduée.

- Dans quel référentiel étudie-t-on le mouvement ?

- Comme référentiel d’étude, on a pris l’éprouvette, puisqu’on se réfère aux graduations

- C’est un référentiel terrestre.

- Énoncer le principe d’inertie.

- Principe d’inertie :

Tout corps persévère dans sont état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme

s’il est soumis à des forces qui se compensent.

- Quelle est la trajectoire de la goutte d’encre ?

- La goutte d’encre tombe verticalement. Elle est animée d’un mouvement rectiligne.

V- EXPLOITATION DES MESURES

1)- Calculs

- Mesurer la longueur de colonne d’huile entre les graduations 500 et 50 de l’éprouvette.

- Établir une correspondance entre les graduations et la hauteur de chute.

- « 50 mL de graduation correspond à . . . . . m de hauteur.» Compléter alors la ligne 3 du tableau.

Graduation mL	h en m
450 mL	0,247
50 mL	0,0274

Graduation	500	450	400	350	300	250	200	150	100	50
Temps t en s	0	3,20	6,40	9,40	12,4	15,6	18,6	21,8	24,8	27,8
Hauteur h en m	0,0	2,70	5,50	8,20	11,0	13,7	16,5	19,2	22,0	24,7
Vitesse v _moy en m.s^{– 1}

- Donner la relation permettant de calculer la vitesse moyenne au cours du déplacement.

- Calcul de la vitesse moyenne :

- Distance parcourue : d en m

- Durée du parcours : Δt en s

- Calculer la vitesse moyenne de la goutte entre les graduations 500 et 400, 500 et 300, 400 et 200, 250 et 50.

- Détermination de la première vitesse moyenne :

Graduation	500	450	400	350	300	250	200	150	100	50
Temps t en s	0	3,20	6,40	9,40	12,4	15,6	18,6	21,8	24,8	27,8
Hauteur h en m	0,0	2,70	5,50	8,20	11,0	13,7	16,5	19,2	22,0	24,7
Vitesse v _moy x 10^{– 3} m.s^{– 1}			8,6		8,9		9,00			9,00

- Que remarquez-vous ?

- Les différentes vitesses moyennes ont sensiblement les mêmes valeurs.

- On remarque que la valeur augmente légèrement puis se stabilise.

2)- Graphique (on peut utiliser le tableur Excel)

? Tracer le graphe représentant les variations de hauteur de chute h en fonction du temps t.

- Trouver l’équation de la droite.

- Équation de la droite moyenne :

- Type mathématique : h ≈ a^. t

- h ≈ 8,89 x 10^{– 3} t

- Le coefficient directeur de la droite : a ≈ 8,89 x 10^{– 3} m / s

- Comparer le coefficient directeur de la droite avec les vitesses moyennes de la goutte calculée au 1)-.

- On remarque que a ≈ v _moy

- Quelle est la nature du mouvement de la goutte d’encre ?

- La goutte d’encre est animée d’un mouvement uniforme.

VI- CONCLUSION.

- Peut-on appliquer le principe d’inertie ?

- En conclusion, la goutte est animée d’un mouvement rectiligne uniforme.
On peut appliquer le principe de l’inertie.

- A votre avis combien de forces s’exercent sur la goutte d’encre ? Que peut-on dire sur ces forces ?

- La goutte est soumise à son poids :

	Point d'application :	centre d'inertie G
	Direction :	verticale du lieu passant par G
	Sens :	du haut vers le bas
	Valeur :	P = m . g exprimée en newton (N)

- À la poussée d’Archimède

	Point d'application :	centre de poussée C
	Direction :	verticale du lieu passant par C
	Sens :	du bas vers le haut
	Valeur :	π = ρ ₀ .V. g Exprimée en newton (N)

- À une force de frottement

	Point d'application :	centre d'inertie C'
	Direction :	verticale du lieu passant par G
	Sens :	du bas vers le haut
	Valeur :	f (variable) exprimée en newton (N)

- D’après la réciproque du principe de l’inertie,

la goutte est soumise à des forces qui se compensent :