Activité : « Comment évaluer la variation de l’énergie mécanique lors des chutes ? »

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1STL-TC Date :

Activité : « Comment évaluer la variation de l’énergie mécanique lors des chutes ? »

Thème du programme : Transport Sous-thème : Mise en mouvement Type d’activités : Activité expérimentale Pré-requis : Vitesses, mouvement.

Extrait BOEN :

– Énergie cinétique d’un solide en mouvement de translation.

– Énergie cinétique d’un solide en mouvement de ro- tation.

– Énergie potentielle de pesanteur.

– Énergie potentielle élastique.

– Énergie mécanique.

Compétences attendues :

– Analyser des variations de vitesse en termes d’échanges entre énergie cinétique et énergie po- tentielle.

– Analyser un mouvement en termes de conservation et non-conservation de l’énergie mécanique et en termes de puissance moyenne.

I. Chute d’une bille dans l’air

Dispositif expérimental :

On dispose d’une bille en acier de masse m connue. Celle-ci est retenue par un électroaimant placé à l’origine des graduations d’une règle. Grâce à une webcam, on réalise l’enregistrement de la chute de cette bille dans l’air.

1. Dans cette expérience, le solide est-il soumis à un mouvement de translation ou de rotation ? Justifier.

2. Rappeler les expressions de l’énergie cinétique, de l’énergie potentielle de pesanteur et de l’énergie mécanique pour ce type de mouvement.

Traitement de la vidéo :

• Ouvrir le logiciel Aviméca. Ouvrir le fichier de l’enregistrement de la chute de la bille.

• Placer l’origine des axes au point de départ de la chute de la bille.

• Étalonner grâce au repère présent sur la vidéo. La règle a une longueur de 50,7 cm.

• Pointer la position de la bille image par image pour toute la durée de la chute.

• Afficher le tableau de résultats, exporter les données dans un tableur.

• Remplir le tableau suivant à l’aide du tableur.

t (s) Altitude z (m) v (m.s

⁻¹

) E

c

(J) E

pp

(J) E

m

(J) ∆ E

c

(J) ∆ E

pp

(J)

Exploitation des résultats :

3. Pourquoi, dans ce type de mouvement, parle-t-on d’un échange entre l’énergie potentielle de pesanteur et l’énergie cinétique ?

4. Peut-on parler de conservation de l’énergie mécanique au cours du mouvement de la bille ?

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II. Chute d’une bille dans le glycérol

Problématique :

Lors des compétitions automobiles, les écuries portent une très grande attention à la forme de la voiture afin d’améliorer son aérodynamisme et ainsi minimiser les frottements avec l’air.

Peut-on étudier la variation d’énergie mécanique lors de la chute d’une bille dans un milieu où il existe des frottements ?

Réalisation de l’expérience :

1. Proposer un protocole permettant de répondre à la problématique.

Matériel à disposition : un tube de glycérol contenant une bille de masse connue, chronomètres, règle graduée.

Exploitation des résultats :

2. Comment évolue la vitesse de la bille au cours de son mouvement ?

3. Comment varient l’énergie cinétique et l’énergie potentielle de pesanteur au cours de ce mouvement.

4. Peut-on parler de conservation de l’énergie mécanique au cours du mouvement de la bille ? 5. Proposer une explication à cette observation.

6. Prolongement : Expliquer la forme des voitures en F1.