Cette activité permet de tester la relation approchée entre la variation du vecteur vitesse entre deux instants voisins et la somme des forces appliquées au système.
L’expérience conduit dans un premier temps à effectuer une étude statique du dispositif puis à une étude dynamique.
L’enregistrement vidéo et l’utilisation de la relation approchée de la 2e loi de Newton permet de montrer que l’action exercée par la charge n’est plus égale à son poids puisqu’en mouvement accéléré.
Un mobile de masse M = 630 g et une charge de m′ = 40 g ont été utilisés.
Exploitation et Analyse.
Phase immobile.
1. Bilan des actions.
Le mobile est soumis à :
• L’action de la terre, modélisée par le poids P .
• L’action du support sans frottement, modélisée par la réaction du support R . • L’action du dynamomètre modélisée par la force f .
• L’action du fil (attaché à la charge) modélisée par la tension P fil /mobile.
2. D’après le principe d’inertie, si le système est immobile alors les actions qui s’exercent sur lui se compensent.
La force exercée par le fil sur le mobile a les caractéristiques : • Direction : horizontale.
• Sens : vers la droite (vers la charge).
• Valeur : on lit sur le dynamomètre 0,4 N ce qui correspond au poids de la charge.
3. Mise en œuvre du protocole.
Un mobile de masse M = 630 g et une charge de m′ = 40 g ont été utilisés.
Phase en mouvement.
4. a. et b. Le mobile est soumis à :
• L’action de la terre, modélisée par le poids.
• L’action du support sans frottement, modélisée par la réaction du support.
• L’action du fil (attaché à la charge) modélisée par la tension.
Le poids du mobile et la réaction du support se compensent (il n’y a pas de déplacement selon la verticale), il ne reste que la force exercée par le fil sur le mobile.
On peut écrire : F = F fil/mobile
5. On pourrait s’attendre à ce que la force exercée par le fil soit toujours égale au poids de la charge.
Or ce n’est pas le cas : on vérifie expérimentalement Ffil/mobile < Pcharge.
∆v
∆t = 0,6 => F = 0,6 × 0,630 = 0,378 N < 0,4 N
En effet le système est en mouvement accéléré, le principe d’inertie ne s’applique pas.
Conclusion
La relation approchée entre le vecteur variation de vitesse et la somme des forces qui modélisent les actions mécaniques sur le système est bien vérifiée expérimentalement. En effet la charge étant en mouvement accéléré, la valeur de l’action qu’elle exerce sur le fil n’est plus égale à son poids.
En théorie on doit avoir : Ffil/m = M . M+m′m′ g = 0,37 N
Mouvement d'un système
Tp 22 Vecteur variation de vitesse et Forces : correction
Mouvement et interaction Séquence 10
R
f Ffil/mobile
P