TP SP3 : Etude, modélisation et simulation du mouvement d`une

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© F Arnould – Lycée Mendès France EPINAL
TP SP3 : Etude, modélisation et simulation du mouvement d'une « pierre » de curling
1 - Mouvement d’une « pierre » de curling.
Le curling est un jeu d’équipe qui se pratique sur une piste de glace. Il consiste à faire glisser des « pierres », dotées d’une
poignée, pesant environ 20 kg. La pierre doit s’arrêter le plus près possible de la cible.
Observer la vidéo et répondre aux questions suivantes :
.1 Que remarquez-vous au sujet du mouvement du centre de la pierre lorsque la pierre est lancée ?
.2 Pourquoi les joueurs balaient-ils devant la pierre ?
.3 Pourquoi ne peut-on utiliser cette vidéo pour créer une chronophotographie ?
2 – Simulation au laboratoire du mouvement de la « pierre » de curling
 On utilise pour cela la table à coussin d'air : c'est un support parfaitement
rectiligne, sur lequel peut se déplacer des mobiles « autoporteurs », disposant
d'une soufflerie. Le « coussin d'air » entre le mobile et la table permet au
premier de glisser sur la seconde à la manière d'un aéroglisseur, donc
quasiment sans frottement.
Une pointe au centre de chaque mobile autoporteur est raccordée
électriquement à un chronomètre à étincelles ; et trace la trajectoire du mobile
sur le papier sous forme de points bien définis à des intervalles réguliers et
connus
Avant chaque utilisation n’oubliez pas de vérifier que la table est parfaitement
horizontale : Munissez-vous d’un niveau à bulle et contrôlez dans le sens de la
largeur et dans le sens de la longueur. Ajustez l’horizontalité grâce aux molettes des pieds de la table.
o Réalisation d'un enregistrement :
Après démonstration par le professeur, réaliser un enregistrement qui soit similaire au mouvement de la « pierre » de curling.
.4 Noter l'intervalle de temps choisi entre deux éclats :
∆t =
.5 Sur l'enregistrement, indiquer le sens de parcours et numéroter les points obtenus de 1 à 10.
.6 A partir de l'enregistrement obtenu, proposer une méthode pour déterminer la vitesse instantanée aux points 3, 6 et 9.
.7 Calculer les vitesses v3, v6 et v9 aux points 3, 6 et 9.
.8 Conclure en qualifiant le mouvement du mobile autoporteur.
3 – Simulation à l'aide d'un logiciel du mouvement de la « pierre » de curling
Nous allons étudier grâce à un logiciel de simulation (Dynamic) le mouvement d’un mobile de forme parallélépipédique, lancé
avec une vitesse initiale horizontale de 10 m.s-1.
1 – Position initiale
 Menu Trajectoire >Options> Pavés espacés.
Placer la position initiale du mobile à gauche de l’écran
Dessiner sous le solide un plan horizontal, avec l’icône «dessin ligne ».
2 – Vitesse initiale
Définir la vitesse en
pointant G à la souris
et en étirant le vecteur correspondant On peut ajuster précisément les valeurs de vx et vy
jusqu’à ce que
avec le menu Initialiser > Vitesse > Modifier.
vx = 10 m.s-1, vy étant nul.
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3 – Tracé :
 Cliquer sur l’icône «trajectoire » pour obtenir le tracé de la trajectoire
du mobile
.9 Quelle est l’allure de la trajectoire ? Quelle est la nature du mouvement du centre G de la pierre?
Tracer ci-contre la trajectoire obtenue

.10 Cette simulation rend-elle compte de la réalité ? C'est à dire de l'allure de la trajectoire, de la nature du mouvement, des
contraintes du fait qu'on soit sur la Terre ?
4 – L’objet est soumis à deux forces qui se compensent
La simulation :
 Dans le menu trajectoire réinitialiser pour supprimer la précédente simulation.
Menu Force >ajouter : nommer la force R.
Etirer le vecteur force jusqu’à ce que Ry = + 2 N en partant du centre du parallélépipède, Rx étant nul. Vous obtenez une
réaction verticale du plan.
Menu Force >ajouter : nommer la force P. Vous allez tracer le poids de l’objet force dirigée verticalement et vers le bas
Etirer le vecteur force jusqu’à ce que Py = -2 N (pour une masse de 0,2 kg et comme P y = m * g en prenant g = 10 N.kg -1) Px
étant nul.
.11 Tracer ci-contre la trajectoire obtenue

Quelle est l’allure de la trajectoire ? Quelle est la nature du mouvement ? Comparer avec la trajectoire obtenue à la question
9.
.12 Représenter le schéma de la simulation : reproduire sur la feuille les positions successives du point G et représenter les forces
appliquées sur le palet en une position.

5 - L’objet est soumis à deux forces ne se compensant pas :
Dans le menu trajectoire réinitialiser pour supprimer la précédente simulation.
Recommencer la simulation en prenant une masse de 0,6 kg ce qui représente un poids de Py= -6N.
On conservera la même réaction.
.13 Reproduire sur la feuille les positions successives du point G représenter les forces appliquées sur le palet en une position.

.14 Quelle est la nature du mouvement ? Quelle est l’influence de l’augmentation de la masse ?
4 – Conclusion
.15 Identifier les conditions pour qu'un mobile soit en mouvement rectiligne et uniforme.