Physique 11-12 Labo Divers objets en chute libre Contexte

Physique 11-12 Labo
Divers objets en chute libre
Contexte :
Bien que tous les objets qui tombent subissent la force gravitationnelle de la Terre,
leur accélération n’est pas nécessairement la même. Il existe en effet beaucoup de
caractéristiques physiques différentes qui ont une influence sur la vitesse de chute des objets.
Dans ce laboratoire, tu mesureras l’accélération de divers objets en chute libre à l’aide
d’un capteur de déplacement et d’un graphique vitesse vectorielle-temps.
Problème :
Quelle est l’accélération de divers objets en chute libre ?
Variables :
Les variables de cette expérience sont l’accélération, la vitesse vectorielle, le temps
et le type d’objets. Détermine les variables manipulées, les variables répondantes et
les variables contrôlées.
Matériel :
• un capteur de déplacement
• divers objets qu’on peut laisser tomber sans risques (des articles de sport tels que
des ballons de soccer ou de basketball ou un disque Frisbee sont recommandés)
• un câble USB
• un support de laboratoire
• un ordinateur muni du logiciel DataStudio
Marche à suivre :
Étape no 1 :
Branche le câble USB (ou l’équivalent) à ton ordinateur, puis raccorde le capteur de
déplacement au câble USB. Fixe ensuite le capteur de déplacement au support de laboratoire
et oriente-le vers le bas, afin qu’il puisse enregistrer le mouvement des objets qui tombent
juste en dessous de lui.
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Étape no 2 :
Place le capteur de déplacement au bord de la table de laboratoire de façon à ce qu’il vise le
sol. Configure l’application DataStudio pour qu’elle affiche un graphique vitesse vectorielletemps. Cette expérience se déroule très vite, donc il est préférable d’augmenter la fréquence
d’échantillonnage du capteur de déplacement avant de commencer. Pour ce faire, clique sur
le bouton « Configurer » et augmente la fréquence d’échantillonnage de 10 Hz à 25 Hz.
Étape no 3 :
Prépare un tableau dans lequel tu inscriras la mesure d’accélération de chaque objet.
Étape no 4 :
Place un objet à laisser tomber sous le capteur de déplacement. Clique sur « Démarrer »,
puis lâche l’objet. Lorsque l’objet atteint le sol, clique sur « Arrêter ».
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Étape no 5 :
Complète les étapes de la section « Analyse et interprétation », puis recommence à partir de
l’étape no 3 avec un autre objet. Réalise cette expérience avec tous les objets.
Analyse et interprétation :
1. Effectue une régression linéaire sur les données du graphique vitesse vectorielletemps qui correspondent à un objet en chute libre. La pente de la droite obtenue
correspond à l’accélération de l’objet. Note cette valeur dans ton tableau.
2. Regarde attentivement le graphique généré et décrit en une ou deux phrases
le mouvement de l’objet en chute libre.
Conclusion :
3. Comment les pentes de tes graphiques vitesse vectorielle-temps se comparent-elles
à la valeur couramment admise de l’accélération d’un objet en chute libre sur la
Terre (9,81 m/s2) ? Pour chaque objet, calcule l’écart en pourcentage entre la valeur
expérimentale et la valeur couramment admise.
4. Si tu constates des différences d’accélération entre les objets que tu as utilisés,
explique ces différences. Pourquoi les objets n’ont-ils pas tous la même accélération
en chute libre ?
Application et extrapolation :
5. Le parachutisme est un sport exigeant. Il y a beaucoup de choses à apprendre avant
de pouvoir sauter d’un avion en toute sécurité. L’une d’elles consiste à adopter
la posture adéquate avant d’ouvrir son parachute. Lorsque le corps est presque
à l’horizontale, il absorbe mieux le choc produit par l’ouverture du parachute.
L’ouverture d’un parachute peut exercer des contraintes dangereuses sur le haut
ou le bas d’un corps à la verticale. Pourquoi ?
Les parachutes sont conçus pour être aussi sécuritaires que possible. En te
basant sur les résultats de ton laboratoire, quelles recommandations ferais-tu aux
concepteurs de parachutes pour que l’ouverture du parachute soit efficace tout en
exerçant le moins de contraintes possible sur le parachutiste ?
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