TP : étude de la chute libre d`une balle

Première STL
Physique
TP : étude de la chute libre d'une balle
Objectif : en étudiant la chute libre d'une balle, déterminer la relation entre la vitesse et la hauteur de chute.
Principe
Après avoir réalisé la chronophotographie d'une balle en chute libre, la photographie imprimée sera exploitée pour
déterminer les valeurs des hauteurs de chute et des vitesses.
Le tracé de graphiques permettra de déterminer le type de relation entre v et h.
Réalisation de la chronophotographie, à l'aide d'un stroboscope
partie réalisée en commun
Exploitation de la chronophotographie
1. Déterminer l'échelle du document, à l'aide de la mire placée dans le champ de la photographie.
2. Numéroter les positions successives de la balle (la position initiale étant la position « 0 »).
3. Repérer par des croix les positions successives d'un point de la balle (le bas, mieux éclairé).
4. Déterminer les hauteurs h1, h2, etc., et entrer les valeurs dans le tableau cicontre.
0
5. Déterminer les vitesses v1, v2, etc., et entrer les valeurs dans le tableau.
Procédure à suivre pour le calcul des vitesses :
a.
position hauteur
de la balle (cm)
Déterminer la durée Δt entre deux positions successives de la balle sur la
vitesse
(cm.s ­1)
0
1
2
3
4
5
chronophotographie, en utilisant le réglage du stroboscope (1200 flashes
6
par minute).
7
8
9
b. Calcul des vitesses (exemple avec la vitesse v3) :
10
on suppose que, à la position 3, la vitesse v3 de la balle est égale à la distance
0
parcourue pour aller de 2 à 4, divisée par le temps écoulé entre 2 et 4 :
d
v3 =
2.t
h2
la distance d, à calculer pour chaque vitesse, se déduit à partir des valeurs de
d
2
h3
3
h4
4
hauteurs placées dans le tableau.
6. Entrer les valeurs de h et de v dans un tableur.
7. Sur le tableur, tracer le graphe v = f (h)
(voir tutoriel page suivante)
8. Calculer ensuite v² pour chaque position, et tracer v² = f (h). Conclure.
9. Imprimer les graphes.
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10. Tutoriel pour le tracé d'un graphe sur le tableur OooCalc :
•
Enregistrer le fichier
•
Cliquer sur l'icône « Diagramme » :
•
Choisir le type de diagramme « XY »
•
Cliquer sur « suivant », jusqu'à arriver à « personnaliser les plages de données »
•
Cliquer sur « Ajouter », puis « Valeurs X ».
sélectionner alors la liste de valeurs à placer en
abscisses sur le graphe
•
Faire de même pour les « Valeurs Y ».
•
Indiquer clairement le titre du graphe, et terminer.
•
Pour faire une modélisation de la courbe :
◦
double-cliquer sur le graphe, puis sélectionner un point de mesure.
◦
avec un clic-droit sur le point, choisir « ajouter une courbe de tendance »
◦
choisir le type de régression, et sélectionner
l'affichage de l'équation et du coefficient R².
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Matériel pour TP : chute libre d'une balle
Matériel :
•
une balle de tennis
•
une mire pour chute libre (règle de 1 m de long)
•
appareil photo numérique
•
stroboscope
•
carton noir fixé au mur, servant de fond
•
niveau à bulle