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TP : Etude du mouvement de chute libre

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Academic year: 2022

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Texte intégral

(1)

Mi

Mi+1

Thème 2 : MOUVEMENTS ET INTERACTIONS TP 1ère spé Physique-Chimie

Vecteur vitesse et vecteur variation de vitesse lors d’une chute libre

Compétences :

Tracer des vecteurs vitesse et des vecteurs variation de vitesse ;

Sommer et soustraire des vecteurs ;

Relation approchée entre la variation du vecteur vitesse et la somme des forces appliquées au système.

Compétences travaillées :

APP : Extraire et organiser l’information.

ANA-RAIS : Élaborer un protocole.

REA : Mettre en œuvre un protocole.

VAL : Analyser des résultats

CONTEXTE

En trampoline, les gymnastes évoluent sur une toile de 4 mètres sur 2 située à 1,15 mètre du sol. Avec un trampoline, un gymnaste peu effectuer un saut vertical atteignant jusqu’à 8 m de haut. Il reste alors environ 2 s en l’air pour effectuer sa figure. Une chronophotographie permet d’étudier son mouvement.

PROBLÉMATIQUE

Quelles sont les caractéristiques du vecteur variation de vitesse dans le cas de la chute libre ? DOCUMENTS A DISPOSITION

Doc.1 : Tracé du vecteur vitesse Doc.2 : Tracé du vecteur variation de vitesse

Doc.3 : Chronophotographie du centre de gravité du gymnaste

Entre deux positions successives du gymnaste, il s’écoule une durée égale à 100 ms.

Δ ⃗ v i +1 = ⃗ v i +1 − ⃗ v i

Mi

Mi+1

(2)

Thème 2 : MOUVEMENTS ET INTERACTIONS TP 1ère spé Physique-Chimie Document 4  : Vitesse du centre de gravité du gymnaste

Lors de la montée,

points M0 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12

t(s) 0 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,0 1,1 1,2 v (m.s–1) 12,5 11,6 10,6 9,61 8,63 7,65 6,67 5,69 4,71 3,73 2,75 1,77 0,79 Lors de la descente,

points M0 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12

t(s) 0 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,0 1,1 1,2 v (m.s–1) 0 1,00 2,00 2,94 3,92 4,90 5,88 6,86 7,84 8,82 9,80 10,8 11,8

Document 5 :

Utilisation de LatisPro Etapes :

❶ : Ouvrir un fichier vidéo

❷ : Définir l’origine pour l’étude d’un mouvement : Définir l’échelle en utilisant les informations

présentes sur la vidéo

❹ :Choisir l’orientation des axes

❺ : Faire défiler image par image pour choisir le début de l’enregistrement

: Choisir le pointage manuel des points

❼ : A la fin du pointage, transférer les vecteurs.

TRAVAIL A RÉALISER Trampoline (documents 1, 2 et 3) :

1) ANA : Sans souci d’échelle, représenter sur les personnages du doc. 3, la force ou les forces qui s’exercent sur eux en indiquant le référentiel d’étude choisi. Les forces de frottement de l’air sont négligées.

2) ANA : À l’aide du document 3, décrire comment évolue la vitesse du gymnaste dans les phases ascendante et descendante. Donner alors les noms des mouvements ainsi effectués dans chaque phase.

3) RÉA : Pour les deux phases, représenter les vecteurs vitesse au point M2 et au point M10, avec une échelle judicieusement choisie.

4) RÉA : Pour les deux phases, représenter les vecteurs variation de vitesse au point M2 pour le mouvement ascendant et au point M10 pour le mouvement descendant.

5) VAL : Décrire la direction, le sens, la valeur du vecteur variation de vitesse dans les deux phases du mouvement.

6) ANA : Nous apprenons cette année que : Σ ⃗F = m x Δv Δt

Connaissant la force qui s’applique sur le gymnaste , en déduire que Δ⃗v

Δt a pour valeur 10 N.kg -1. Pourrait-on exprimer cette valeur avec une autre unité, équivalente.

7) REA Utilisation de Latispro : grâce à ce logiciel, pointer le mouvement d’une balle lancée en l’air.

Expliquer ce que représentent le vecteur bleu, le vecteur rouge.

Donner votre avis sur le résultat observé : en particulier, quelles sont les sources possibles d’erreurs ? Retrouver la valeur de Δ⃗v

Δt égale à 10 m.s – 2 environ.

avec F en Newton (N), m en kg, Δv en m.s-1 et Δt en s.

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