Chapitre 7 : TP 1 : Etude de mouvements De l`atome aux galaxies, la

Chapitre 7 : TP 1 : Etude de mouvements
De l’atome aux galaxies, la matière est en mouvement.
La mécanique se donne pour but de décrire le mouvement d’objets appelés systèmes ; l’étude est dans un
premier temps ramenée à celle du mouvement de leur centre d’inertie.
La cinématique est l’étude des mouvements en fonction du temps, indépendamment des causes qui les
produisent ; la dynamique s’intéresse aux liens entre les mouvements des objets et les actions qu’ils
subissent.
Quels sont les outils dont nous disposons pour étudier un mouvement ?
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Objectifs :
Tracer des vecteurs vitesse et des vecteurs accélération.
Décrire un mouvement avec le vocabulaire adapté.
Modéliser une action mécanique et effectuer des bilans d'actions mécaniques.
➢ Le dispositif expérimental : la table à coussin d'air
On appelle « table à coussin d'air » 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.
Un circuit électrique haute tension assure le repérage de la position du centre d'inertie du mobile grâce à
un éclateur sur le mobile et l'utilisation d'une feuille de papier carbone conductrice sur la table. Entre 2
étincelles (donc 2 positions successives du mobile) il s'écoule une durée τ. Pour nos enregistrement, nous
avons choisi τ=60ms.
I- Réalisation d'enregistrements :
Situation A
Situation B
Le mobile est lancé sur la table La table a été inclinée d’un angle
horizontale
α par rapport à l’horizontale. Le
mobile a été abandonné sans
vitesse initiale.
Situation C
On attache le mobile autoporteur
à un axe fixe par l’intermédiaire
d’un fil puis on lance le mobile
autoporteur
II- Exploitation de enregistrements :
a- Souvenir de 2nde : Avant toute étude en mécanique il est nécessaire de définir le système étudié ainsi
que le référentiel d'étude.
Rappeler la définition de ces 2 termes et donner le système étudié et le référentiel pour chaque situation.
b- Etude qualitative : Caractériser les mouvements obtenus à l’aide des termes suivants : rectiligne,
curviligne, circulaire, accéléré, uniforme, ralenti.
c- Sur chaque trajectoire, tracer les vecteurs vitesse pour les points notés d'une étoile à l'aide de
l'animation (qui se trouve dans le fichier TP1 méca sur l'ordinateur, à ouvrir avec Mozilla firefox).
d- Sans calcul, que peut-on dire de la valeur de l’accélération du centre d’inertie du mobile au cours des
trois mouvements enregistrés ?
e- Sur chaque trajectoire, tracer les vecteurs accélération aux points notés d'un triangle (toujours à l'aide
de l'animation).
Les vecteurs obtenus confirment-ils les réponses données pour les questions b et d ?
III- Un pas vers le cours : Bilan des actions mécaniques sur un système :
Rappels de 2nde :
On appelle actions mécaniques exercées sur un système les actions exercées par l'extérieur sur le
système.
Une action mécanique peut être modélisée par une force caractérisée par une direction, un sens, une
valeur qui s'exprime en newton (N). Sur un schéma, une force est représentée par un vecteur.
Le point d'application d'une force est le point où l'on considère que s'exerce la force.
On appelle résultante des forces, la somme vectorielles de toutes les forces qui s'exercent sur le système.
1- Travail à réaliser pour chaque enregistrement :
a- Dresser un bilan des actions mécaniques sur le système.
b- Sur un schéma, représenter les actions mécaniques en utilisant la notion de force. (Sans soucis
d'échelle).
c- Quelles sont les caractéristiques (direction et sens) de la résultante des forces ? Comparer ces
caractéristiques aux caractéristiques du vecteur accélération.
2- Principe d'inertie (également appelé 1 ère loi de Newton) :
Enoncé du principe d'inertie (Rappel de 2nde) :
Un corps est immobile ou en mouvement rectiligne uniforme si, et seulement si, les forces qui
s'exercent sur lui se compensent, ou s'il n'est soumis à aucune force.
Ce principe ne s'applique que dans certains référentiels, appelés galiléens.
a- Lequel de ces enregistrements illustre le principe d'inertie ?
b- En déduire un schéma de représentation des forces à l'échelle pour cette situation.
On prendra g=9,8 N.kg-1 et mmobile= …