Documents de Physique-Chimie – M. MORIN 1 http://www.sciences

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Thème : Lois et modèles
Partie : Temps, mouvement et évolution.
TP 24 : Etude d’un oscillateur mécanique
Problématique 1 :
Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour mettre en évidence la conservation ou de la non conservation de l’énergie
mécanique dans le cas d’un système oscillant à ressort.
Matériels :
-
Une vidéo d’un système oscillant vertical à ressort
Un logiciel de pointage vidéo Pymécavidéo ou aviméca3.
Un logiciel tableur-grapheur (Excel ou Regressi)
Le système oscillant à ressort utilisé pour la vidéo de raideur k et de masse m à déterminer.
Document 1 : Animation d’un système oscillant à ressort.
http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Meca/Oscillateurs/
l
Document 2 : Détermination de la raideur k d’un ressort.
⃗ exercée sur un ressort par une masse m est T = k (L – Leq) = kY1
La relation entre la tension 𝑇
⃗ est exprimée en Newton.
La norme de la tension 𝑇
Dans ce cas de figure, où le dispositif est au repos, on peut écrire d’après la première et troisième loi de Newton que T = P
On prendra g = 10,0 m.s-2.
L0 = 9,0 cm
Leq = 26,0 cm
M = 100 g
Document 3 : Expressions de grandeurs utiles dans le cas d’un pendule à ressort.
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Energie potentielle élastique : EPE = 𝑘𝑌12
2
Energie potentielle de pesanteur : EPP = m.g.Y1
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Energie cinétique : EC = 𝑚𝑣 2
2
Energie mécanique : EM = EPE + EC + EPP
Conservation de l’énergie mécanique : EPE+ EC + EPP = 0
Constante de raideur k (N.m-1)
On pourra se limiter à l’étude sur l’axe (OY1)
ATTENTION : Vous devez choisir judicieusement l’origine des axes afin de vous affranchir de la variation d’énergie potentielle de
pesanteur. Justifier votre choix.
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Problématique 2 :
Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour mettre en évidence la conservation ou la non conservation de l’énergie
mécanique dans le cas d’un pendule pesant.
Matériels :
-
Deux vidéos d’un pendule pesant simple oscillant
Un logiciel de pointage vidéo Pymecavideo ou avimeca3
Un logiciel tableur-grapheur (Excel ou Regressi)
Le pendule utilisé pour la vidéo de longueur L = 68,0 cm.
Le volume du solide de masse 100 g est égal à 13 cm3
Le volume du solide de masse 5,6 g est égal à 35 cm3.
L (m)
On prendra g = 10,0 m.s-2
Document 1 : Animation d’un pendule pesant.
http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Meca/Oscillateurs/
Document 2 : Expressions des énergies potentielle, cinétique et mécanique dans le cas d’un pendule pesant.
Position de G : OG = √𝑋12 + 𝑌12
𝑑𝑂𝐺
𝑣=
𝑑𝑡
Energie potentielle de pesanteur : EPP = 𝑚𝑔𝑌1
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Energie cinétique : Ec = 𝑚𝑣 2
2
Energie mécanique : EM = EPP + Ec.
Conservation de l’énergie mécanique : EC + EPP = 0
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