TP 24 - Energie mécanique 1
On a filmé le mouvement d’un ballon de basket des mains du basketteur jusqu’au panier de basket.
La question est de savoir comment évoluent les différentes énergies que possède la balle et si les frottements de l’air ont une influence sur le mouvement de celle-ci.
La vidéo est disponible dans le dossier de votre groupe de spécialité sous le nom :
« Vidéobasket.avi »
Le ballon de basket de notre étude a une masse m égale à 600 g.
Informations.
- L’énergie cinétique que possède un objet de masse m se déplaçant à une vitesse v se note Ec et a pour expression
:
EC s’exprime en Joules (J) si m est en kg et v en m.s–1.
- L’énergie potentielle de pesanteur que possède un objet de masse m placé à l’altitude y se note Epp et a pour expression :
Epp en J ; m en kg et y en m (g = 9,81 N.kg–1).
- L’énergie mécanique que possède un objet est égale à la somme des énergies cinétiques et
potentielles de pesanteur :
Les trois énergies sont exprimées en joule (J).
Questions préliminaires.
1. Quel système est étudié ? Quel référentiel choisit-on pour cette étude ? 2. Quelles sont les actions mécaniques (forces) que subit le système ?
3. Quel nom peut-on donner à la trajectoire du ballon ? Comment évolue la vitesse ? 4. Hypothèses sur l’évolution de l’énergie de la balle :
a. Comment varient, selon vous, les énergies cinétique et potentielle de pesanteur de la balle au cours de son mouvement ? Justifier votre réponse à l’aide des formules ci-dessus.
b. Comment, à votre avis, va évoluer l’énergie mécanique de la balle ? Expérience : pointage de la vidéo.
- Ouvrir Latispro puis la fenêtre vidéo.
- Dans le menu « Fichiers » de la fenêtre vidéo, ouvrir la vidéo « Vidéobasket.avi ».
- Se placer à l’image 0/12.
- Faire « Sélection de l’origine » et choisir le centre de la balle comme origine des axes.
- Faire « Sélection de l’étalon » pour indiquer l’échelle du document en utilisant la référence de la vidéo.
- Faire « sélection manuelle des points » et pointer les positions du centre d’inertie de la balle au cours de son mouvement.
Aspects énergétiques des phénomènes mécaniques
Tp 24
Conservation ou non de l’énergie mécanique
Mouvement etinteraction Séquence 11
E
c=
𝟏𝟐. 𝐦 . 𝐯
𝟐E
pp= m.g.y
E
m= E
c+ E
ppTP 24 - Energie mécanique 2
Expérience : calcul des énergies.
En utilisant la fiche technique de Latispro.
Faire calculer Vx , la coordonnée horizontale du vecteur vitesse.
Pour cela :
- Afficher le graphique : Mouvement X = f(temps).
- Modéliser ce graphique. Renommer « X » la grandeur « Modèle de Mouvement X ».
- Dériver la grandeur « X ». La grandeur ainsi créée représente la vitesse Vx.
- Renommer « Vx » la grandeur « Dérivée de X ».
Faire calculer Vy , la coordonnée verticale du vecteur vitesse.
Pour cela :
- Afficher le graphique : Mouvement Y = f(temps).
- Modéliser ce graphique. Renommer « Y » la grandeur « Modèle de Mouvement Y ».
- Dériver la grandeur « Y ». La grandeur ainsi créée représente la vitesse Vy.
- Renommer « Vy » la grandeur « Dérivée de Y ».
Faire calculer les valeurs V de la vitesse.
(Mathématiquement, d’après le théorème de Pythagore : V² = Vx²+Vy²)
- Ouvrir la fenêtre « tableur » et afficher dans le tableau les grandeurs « X », « Y », « Vx » et « Vy ».
- Créer la grandeur « V ».
- Entrer la formule de calcul de « V » dans la première case : (Remarque : Sqrt est la commande pour la racine carrée).
- Etirer la case vers le bas pour faire calculer toutes les valeurs de V.
Faire calculer les valeurs Ec de l’énergie cinétique.
- Créer la grandeur « Ec ».
- Entrer la formule de calcul pour « Ec » puis faire calculer toutes les valeurs de « Ec ».
Faire calculer les valeurs Epp de l’énergie potentielle de pesanteur.
- Créer la grandeur « Epp ».
- Entrer la formule de calcul pour « Epp » puis faire calculer toutes les valeurs de « Epp ».
Faire calculer les valeurs Em de l’énergie mécanique.
- Créer la grandeur « Em ».
- Entrer la formule de calcul pour « Em » puis faire calculer toutes les valeurs de « Em ».
Faire afficher sur la fenêtre graphique les 3 courbes représentant les énergies en fonction du temps.
Reproduire l’allure des courbes sur votre feuille ou imprimer après accord du professeur.
Questions :
5. Vos réponses à la question 4) sont-elles vérifiées ?
6. Peut-on dire qu’il y a conservation de l’énergie mécanique au cours du mouvement ? Justifier.
7. En déduire si les frottements de l’air sont négligeables ou pas.
=Sqrt(Vx*Vx+Vy*Vy)
