TD N°12-1 : Mouvement et Forces

Terminale S Thème Mvt et interactions Chap.12 Programme 2020

TD N°12-1 : Mouvement et Forces

1. Mouvement circulaire uniforme

Le document ci-dessous représente (vue de dessus) les positions successives du centre d’un objet accroché à un fil à intervalle de temps régulier (intervalle de temps entre deux positions : 60 ms). Ces positions ont été obtenues grâce à un logiciel de simulation qui permet de simuler un mouvement sans frottement. On considère que l’échelle des distances est 1:1.

a. Quelle propriété du vecteur vitesse nous permet de dire que le système a une accélération non nulle dans cette situation ?

b. Déterminer les caractéristiques et tracer le vecteur vitesse v ₄ de l’objet à la position 4.

c. Même question pour v ₆ .

d. A partir de la position 5, construire le vecteur "variation de vitesse" . Déterminer graphiquement la norme de .

e. En déduire la norme du vecteur accélération a 5 et tracer ce vecteur.

f. En raisonnant qualitativement, tracer le vecteur accélération à la position 7.

L’étude théorique du mouvement circulaire uniforme montre que la relation entre la valeur de l’accélération de l’objet et le rayon R de sa trajectoire s’écrit : .

g. Vérifier la compatibilité de cette relation avec les résultats précédents.

Échelles de représentation : Distances : 1 cm pour 1 cm.

Vecteurs vitesses : 1 cm pour 0,20 m.s

. Vecteurs accélérations : 1 cm pour 1 m.s

2. Véhicule dans différentes situations

1. A votre avis, y a-t-il accélération dans les cas suivants ? Pour chaque cas, la route est rectiligne.

a) Véhicule à vitesse constante dans une descente.

b) Véhicule à vitesse constante sur le plat.

c) Véhicule à vitesse constante en montée.

d) Véhicule quittant le plat pour commencer une montée, le tout à vitesse constante.

e) Véhicule qui freine sur une route.

f) Véhicule qui percute un mur.

2. Dans les cas suivants, l’un des deux véhicules a-t-il une accélération moyenne de valeur plus grande que celle de l’autre ? Entourer la bonne réponse et si oui, préciser le véhicule dont la valeur de l’accélération est la plus grande. Si non précisez pourquoi.

Véhicule 1 Véhicule 2 Réponse

1 accélération de 80 à 120 km/h en 10 s en descente

accélération de 80 à 120 km/h en 10 s en montée

non oui (1 ou 2) Pas de réponse possible

2 accélération de 0 à 120 km/h accélération de 0 à 180 km/h non oui (1 ou 2) Pas de réponse possible

3 vitesse de 90 km/h pendant 10 s vitesse de 110 km/h pendant 20 s non oui (1 ou 2) Pas de réponse possible

4 accélération de 80 à 120 km/h en 10 s

accélération de 80 à 120 km/h en 12 s

non oui (1 ou 2) Pas de réponse possible

5 accélération de 80 à 120 km/h en 10 s

accélération de 80 à 110 km/h en 10 s

non oui (1 ou 2) Pas de réponse possible

6 accélération de 30 à 40 km/h en 2 s

accélération de 120 à 130 km/h en 3 s

non oui (1 ou 2) Pas de réponse possible

3. Lancer vertical d’un médecine-ball

Objectif : renforcer la relation entre Force et accélération et affaiblir la relation intuitive entre force et vitesse.



a = v

R

Terminale S Thème Mvt et interactions Chap.12 Programme 2020 Lancer le MB vers le haut puis le rattraper.

1. Repérer les différentes phases du mouvement (1

colonne du tableau ci-dessous).

2. Par souci de simplification, on modélisera le système médecine ball (MB) par un point : son centre, et on négligera l’action de l’air sur lui.

a. Faire le bilan des forces appliquées au système pendant les quatre phases du mouvement, on pourra s’aider d’un diagramme d’interaction.

b. Compléter le tableau ci dessous .

3. Préciser le vecteur (direction et sens) « somme des forces » pour chacune des phases du mouvement.

4. Parmi les liens proposés ci-dessous entre la somme des forces et le mouvement, indiquer celui (ou ceux) qui vous semble(nt) en accord avec le tableau.

La somme des forces est liée :

❑ au sens de la vitesse ❑ à la valeur de la vitesse ❑ au changement de sens de la vitesse

❑ à la variation de la vitesse ❑ à l’accélération 4.Tir au pigeon

Situation : On suit des yeux l’évolution dans l’air d’un « pigeon » d’argile.

On modélisera le système étudié à savoir le « pigeon » par un point : son centre.

La trajectoire de ce centre est donnée par le graphe ci dessous. L’intervalle de temps entre 2 positions est Δt = 40 ms.

1. Séparer les élèves en différents groupes :

Groupe 1 : Représenter, sur le graphe, le vecteur vitesse



v ₅ en A

et



v ₁₅ en A

. Groupe 2 : Représenter, sur le graphe, le vecteur vitesse



v ₀ en A

et



v ₁₀ en A

. Groupe 3 : Représenter, sur le graphe, le vecteur vitesse



v ₁₃ en A

et



v ₁₇ en A

. (échelles de représentation : 1 cm pour 0,072 m : vecteurs vitesses : 1 cm pour 1 m.s

).

Mutualiser les résultats. Que dire des directions, sens et valeurs de ces vecteurs vitesse ?

2. Représenter : Groupe 1 : en A

, le vecteur accélération moyenne entre les points A

et A

Groupe 2 : en A

, le vecteur accélération moyenne entre les points A

et A

Groupe 3 : en A

, le vecteur accélération moyenne entre les points A

et A

(échelle de représentation 1 cm pour 2 m.s

) Mutualiser les résultats.

Comparer les directions, sens et valeurs de ces vecteurs accélération moyenne.

3. En appliquant la 2° loi de Newton au système étudié, déterminer les caractéristiques du vecteur accélération instantanée du centre d’inertie du pigeon d’argile.

Représenter le vecteur accélération instantanée en A

A

et A

Terminale S Thème Mvt et interactions Chap.12 Programme 2020 4. Y a-t-il accord entre les représentations de la question 2 et la conclusion de la question 3 ?

Échelles de représentation : Distances : 1 cm pour 1 cm.

Vecteurs vitesses : 1 cm pour 0,20 m.s

. Vecteurs accélérations : 1 cm pour 1 m.s

9 8

7 6

5

4

3

2

1

Terminale S Thème Mvt et interactions Chap.12 Programme 2020

A

A

A

A

A

A