TPT1 : oscillateur mécanique en RSF

ATS ATS

Jules Ferry

TPT 1 : Étude des oscillateurs élastiques

Buts :

• Vérifier une loi de force de manière expérimentale.

• Mettre en évidence le phénomène de résonance sur un système mécanique.

• Mesurer un coefficient de frottement fluide.

Compétences évaluées :

• Analiser : choisir, concevoir ou justifier un protocole ou un dispositif expérimental.

• Valider : confronter un modèle à des résultats expérimentaux.

I. Vérification de la loi de force pour un ressort et mesure de la constante de raideur

• Proposer un protocole expérimental permettant de vérifier la loi de force du ressort à l'aide du matériel dont vous disposez.

• Mettre en œuvre votre protocole. Conclure.

• Quelle grandeur peut-on déduire de cette expérience ? Donner votre mesure de cette grandeur.

II. Résonance d'un système mécanique et mesure du coefficient de frottement fluide

On utilise le ressort étudié précédemment auquel on accroche une masse. Le système est plongé dans une grande burette remplie de glycérine. Une graduation en centimètre permet de repérer la position de la masse.

Le ressort est attaché à un fil dont l'autre extrémité est fixée à une roue entraînée par un moteur. Il est possible de régler la fréquence de rotation de la roue de 0 à 2,5 Hz.

2. Courbe de résonance du système masse-ressort

• Proposer un protocole permettant de tracer la courbe de résonance du système masse-ressort (i.e.

l'amplitude d'oscillation de la masse en RSF en fonction de la fréquence d'excitation).

• Mettre en œuvre votre protocole et tracer la courbe de résonance du système masse-ressort.

3. Aspect théorique et exploitation de la courbe de résonance

• Établir l'équation différentielle qui régit le mouvement de la masse accrochée au ressort.

• En déduire l'expression de l'amplitude du mouvement en RSF.

• Tracer l'allure théorique de l'amplitude en fonction de la fréquence (i.e la courbe de résonance).

• Conclure quant à l'accord théorie-expérience.

• Quelle(s) grandeur(s) peut-on déduire de la courbe de résonance expérimentale ?

• En déduire la valeur du coefficient de frottement.

III.Mesure d'un coefficient de frottement fluide à l'aide du régime pseudo-périodique (s'il reste du temps)

On utilise le même dispositif expérimental que précédemment mais on veut cette fois utiliser le régime libre de l'oscillateur (et non le RSF) afin de mesurer le coefficient de frottement fluide.

• Proposer un protocole permettant de mesurer le coefficient de frottement que subit le système masse- ressort.

• Mettre en œuvre votre protocole et en déduire la valeur du coefficient de frottement.

1/1