Chapitre 9. Activités expérimentales SPCL - ondes Tle STL
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Le pendule élastique vertical
1. Décrire le pendule élastique vertical dans sa position d'équilibre puis décrire l'effet d'une perturbation du type élongation verticale.
L'énergie mécanique Em de ce type de pendule est la somme de trois termes :
● l'énergie potentielle de pesanteur Epp m g z
avec m la masse, g l'intensité du champ de pesanteur et z l'altitude (axe vertical vers le haut) ;
● l'énergie potentielle élastique 1 2
pe 2 k z
E
avec k le coefficient de raideur du ressort et z l'élongation du ressort (ici l'altitude) ;
● l'énergie cinétique 1 2
c 2 m v
E
avec m la masse et v la vitesse (ici suivant l'axe vertical z uniquement).
Données :
La masselotte mesure 5,0 cm et pèse 500 g.
Le ressort à une constante de raideur de 75 N/m.
L'intensité du champ de pesanteur vaut 9,81 N/kg.
2. Proposer des expériences permettant de déterminer la période d'oscillation de ce pendule ainsi que son énergie mécanique.
3. Réaliser l'acquisition des positions d'un pendule élastique vertical en utilisant le module de pointage vidéo de Regressi, avec la vidéo "pendule_elastique ", à partir de l'image n°575 (c’est-à-dire à t = 23 s) sur 50 images successives (c’est-à-dire jusqu'à t = 25 s) :
a) Choisir Fichier/Nouveau/Vidéo/ffmpeg puis Ouvrir la vidéo "pendule_elastique " (au format "autres ") et attendre la fin du traitement ;
b) Se déplacer dans la vidéo jusqu'à t = 23 s ;
c) Vérifier que les Axes et échelle soient visibles et, grâce à un cliquer-déposer, déplacer l'origine des axes au niveau du trait rougeâtre du haut (dessiné sur l'éprouvette graduée) ;
d) Grâce à un cliquer-déposer, déplacer la fin de l'échelle au sommet de la masselotte et déplacer le début de l'échelle à la base de la masselotte puis, dans Échelle/m , indiquer sa longueur ;
e) Décocher Axes et échelle visibles .
f) Cliquer sur Mesurer et, pour chaque image jusqu'à 25 s, cliquer sur la base de l'attache de la masselotte (si les points apparaissant à l'écran finissent par gêner, décocher Points visibles ) ;
g) À la fin de l'acquisition, cliquer sur STOP puis envoyer les données vers le tableur-grapheur en cliquant sur Traiter .
4. En utilisant à une modélisation adaptée, déterminer la période d'oscillation du pendule.
5. Faire calculer les différentes énergies puis afficher leur évolution temporelle sur un même graphique et à la même échelle.
6. Enregistrer le travail effectué (au format Regressi ) puis analyser les résultats.
7. Décrire le système d'amortissement du pendule puis décrire l'effet d'une perturbation du type élongation verticale dans le cas de ce pendule amorti.
8. Réaliser l'acquisition des positions d'un pendule élastique vertical amorti en utilisant le module de pointage vidéo de Regressi, avec la vidéo "pendule_elastique ", à partir de l'image n°2255 (c’est-à-dire à t = 90,2 s) sur 50 images successives (c’est-à-dire jusqu'à t = 92,2 s) :
9. En utilisant à une modélisation adaptée, déterminer la pseudo-période d'oscillation du pendule amorti et la comparée à la période précédente (appelée période propre).
10. Faire calculer les différentes énergies puis les afficher sur un même graphique et à la même échelle et analyser les résultats.
Chapitre 9. Activités expérimentales SPCL - ondes Tle STL
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Le pendule élastique vertical Liste du matériel
Au bureau :
□ pied + 2 noix + poulie + pince
□ ficelle
□ ressort avec masselotte
□ éprouvette graduée avec liquide amortisseur (glycérine)
□ éprouvette graduée vide
Pour chaque poste : (9 postes)
□ ordinateur avec logiciel Regressi et Edupython
□ vidéo "pendule_elastique " - je m'en charge
