Conservation de l`énergie. Énergie mécanique.

Travail pratique de physique - 2df
Février
Durée : 95 minutes
…....................../ 60 pts
Nom :................................................................
Prénom :................................................................
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Groupe : 2 PY DF ...........................................
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Note :................................................................
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Conservation de l'énergie. Énergie mécanique.
But : Étudier le principe de la conservation de l'énergie sur un pendule simple.
Théorie :
L'énergie mécanique d'un pendule simple de masse m à un
instant est définie comme :
Emec =E pot + Ecin (1)
Ecin représente l'énergie cinétique du pendule à cet instant
et E pot l'énergie potentielle du pendule au même instant.
Compléter les formule permettant de calculer Ecin et E pot
(écrire le nom des grandeurs utilisées et les unités) (9pt):
a)
Ecin=………………………… (2)
b)
E pot =………………………… (3)
1
Théorie (suite) : Si la force de pesanteur est la seule à travailler durant le mouvement du pendule d'une
position A à une position B, alors le principe de la conservation de l'énergie se manifeste par la
conservation de l'énergie mécanique :
Emec A =Emec B (4)
ou E pot A + E cin A=E pot B + Ecin B (5)
Voici le schéma d'un pendule situé à 2 positions différentes : une position la plus haute (A) durant une
oscillation et la position la plus basse (B) du pendule durant une oscillation.
Vous devrez calculer l'énergie mécanique du pendule à la position A et à la position B à plusieurs
instant.
c) Indiquer sur le dessin (6pt) :
– Les grandeurs que vous devrez déterminer pour calculer l'énergie mécanique du pendule.
– Les forces qui agissent sur le pendule aux positions A et B.
A
B
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Matériel et montage :
Un support pour barre d'acier
50cm de ficelle
Une longue barre d'acier
Un pied cylindrique
Un fourche de détection
Un smart timer
Une noix aiguille
Une règle rigide
Un plot en bois
Une balance
d) Réaliser le montage (cf. photo). Le détecteur doit se trouver à la hauteur du centre de gravité du
cylindre (3pt). Appeler l'enseignant pour vérifier le montage.
Expérience / Résultats :
e) Mesures et résultats (A présenter lisiblement sur une autre feuille)
1. Mesurer la hauteur du centre de gravité du cylindre h B lorsqu'il est au repos (position B) (1pt).
2. Prendre une position de départ (A) pour lâcher le pendule. Mesurer la hauteur h A du centre de
gravité du cylindre au moment du lâcher avec la règle. (1pt)
3. A partir de cette position (A), lâcher le pendule sans vitesse initiale et enclencher le smart timer
sur 1.TIME/2.STOPWATCH/3.START afin de mesurer le temps de passage de la bille à la
position (B) après 1 (ΔtB1), après 10 (ΔtB10) et après 20 oscillations (ΔtB20). (1 oscillation = 1
aller-retour).
4. Répéter cette mesure deux fois. La mesure est donc faite trois fois en tout (6pt).
5. Calculer une moyenne des temps de passage pour ΔtB1, ΔtB10 et ΔtB20. (3pt)
6. Calculer la vitesse instantanée à l'aide de vos temps moyens aux positions B 1, B10 et B20. (5pt)
7. Calculer Ecin , E pot et Emec aux positions A, B1, B10 et B20. en utilisant les formules (1),
(2) et (3). (6pt)
f) Analyse des résultats (A présenter lisiblement sur une autre feuille)
Commenter les résultats par rapport au principe de la conservation de l’énergie exprimée par (4)
et (5). (6pt)
g) Conclusion (A présenter lisiblement sur une autre feuille)
Écrire une conclusion : le but est-il atteint ? (4pt)
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Rapport de physique : consignes (voir http://bdp.ge.ch/webphys)
1. But ou introduction (quelques lignes, au maximum 1/4 de page)
-Le but n'est pas un résumé du rapport mais, par quelques phrases, il doit présenter l'objectif essentiel de la démarche
effectuée.
-L'introduction est un exercice différent, commun à beaucoup d'autres disciplines (exemple: dissertation), sa forme peut être
multiple.
2. Croquis et liste de matériel
Le croquis et la liste de matériel sont là pour présenter le matériel mis à votre disposition au laboratoire. Cette liste doit
permettre de refaire l'expérience éventuellement dans un autre laboratoire (matériel différent). Les précisions apportées ne
doivent l'être que si elles sont pertinentes dans l'expérience proposée.
Exemple: il est inutile d'indiquer la marque d'un chronomètre ou d'en faire un croquis, en revanche, il peut être judicieux
d'indiquer la précision de la mesure (exemple: 1/100 s) Tout croquis doit être schématique (éviter la perspective) et conduire
à une bonne compréhension du dispositif expérimental.
3. Théorie
C'est un résumé de la théorie nécessaire au rapport (expérience et calculs) Elle doit comporter, au minimum, les lois
physiques avec définitions des grandeurs utilisées ainsi que leurs unités dans le cadre du laboratoire.
4. Mesures
Toutes les mesures avec symbole de la grandeur et de ses unités doivent figurer dans cette partie et sont à présenter sous
forme de tableaux chaque fois qu'il est nécessaire (séries de mesures).
5. Graphiques
Sur indication du protocole ou du maître des graphiques doivent être élaborés. Chaque axe comportera obligatoirement les
symboles de la grandeur physique et de son unité.
6. Calculs et résultats
Tous les calculs sont à présenter en ligne sans oublier de préciser les données (par référence au point 4) par exemple).
Les valeurs mesurées sont à donner avec un nombre de chiffres significatifs cohérent avec la précision de l’instrument de
mesure. Les valeurs calculées à partir de valeurs mesurées sont indiquées avec un nombre de chiffres significatifs identique
à que celui des valeurs mesurées.
Les résultats seront clairement mis en évidence.
Les calculs d'incertitude seront donnés avec tous les détails nécessaires.
7. Analyse des résultats
Cette partie doit comporter votre analyse critique des résultats obtenus. Elle peut permettre des comparaisons avec d'autres
valeurs (par exemple celles de la table) et toutes les remarques constatant un bon accord ou, au contraire, un désaccord avec
la théorie, doivent y figurer. Toute hypothèse pertinente permettant d'expliquer des mesures ou résultats faux ou trop
imprécis sera la bienvenue.
8. Conclusion (quelques phrases, 1/4 page au maximum)
La conclusion n'est, à nouveau, pas un exercice réservé à la physique et elle permet habituellement, à la fin d'un rapport, une
généralisation. Elle peut reprendre des idées de l'introduction ou les points importants de l'analyse des résultats pour les
développer et en tirer une conclusion.
Quelques erreurs ou maladresses souvent observées:
a) Document incomplet.
b) Introduction ou conclusion hors sujet.
c) Croquis inutiles à la compréhension.
d) Théorie développée inutilement.
e) Mesures incomplètes.
f) Calculs partiels.
g) pour le point 7, éviter les phrases trop générales du type: "c'est à cause de l'imprécision de nos mesures"
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