Lycée Françoise – Physique-chimie – Seconde – Thème n°2 : Mouvements et interactions : chute libre
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Activité expérimentale : Le principe de l’inertie
Notions et contenus Capacités exigibles
Modèle du point matériel.
Principe d’inertie.
Cas de situations d'immobilité et de mouvements rectilignes uniformes.
Cas de la chute libre à une dimension.
Exploiter le principe d’inertie ou sa contraposée pour en déduire des informations soit sur la nature du mouvement d’un système modélisé par un point matériel, soit sur les forces.
Relier la variation entre deux instants voisins du vecteur vitesse d’un système modélisé par un point matériel à l’existence d’actions
extérieures modélisées par des forces dont la somme est non nulle, en particulier dans le cas d’un mouvement de chute libre à une dimension (avec ou sans vitesse initiale).
La plus grande chambre à vide du monde a permis de vérifier que dans le vide tous les objets tombent à la même vitesse. Pour cela, une boule de bowling et une plume ont été lâchées de plusieurs mètres de hauteur.
Vidéo : https://youtu.be/EJN4GrScwW8
EXPERIENCE 1 : On réalise l’expérience dans la chambre à vide (absence d’air)
La chronophotographie en annexe représente les positions, à différentes dates t, dans le référentiel terrestre du système{boule} modélisé par un point M au cours de son mouvement. L’intervalle de temps entre 2 dates est ∆t = 0,20 s.
1. A partir de la chronophotographie, décrire le mouvement dans le référentiel terrestre du système.
2. Quelle est l'action qui s’exerce sur le système ? (vous pouvez réaliser un DOI si nécessaire).
3. Représenter, sans souci d’échelle sur l’annexe, la force modélisant cette action.
4. En utilisant la formule = × où g représente l’intensité de la pesanteur (g =9,81 N.kg-1 ou m.s-2) et t le temps écoulé, trouver les valeurs des vitesses en chaque instant sur l’annexe.
5. Construire les vecteurs vitesses instantanées et aux positions M5 et M7 sur l’annexe. On utilisera l’échelle suivante pour le vecteurs vitesses : 1 cm pour 5 m/s.
6. Comparer la direction, le sens et la norme des vecteurs vitesses et .
7. Peut-on dire que le vecteur vitesse est constant ? Les résultats sont-ils en accord avec la contraposée du principe d'inertie ? Expliquer.
EXPERIENCE 2 : On réalise l’expérience en présence d’air
La chronophotographie obtenue en annexe représente les positions dans le référentiel terrestre de la boule au cours de son mouvement. Elles sont repérées toutes les 0,20 s. On voit qu’il y a 2 phases différentes.
1. Décrire le mouvement dans le référentiel terrestre de chaque phase : de M0 à M5 et de M5 à M7.
On étudie la phase du mouvement de M5 à M7 :
2. Construire les vecteurs vitesse instantanée et aux positions M5 et M7. On utilisera l’échelle suivante : 1cm pour 5 m/s
3. Comparer la direction, le sens et la norme des vecteurs vitesses et . 4. Peut-on dire que le vecteur vitesse est constant ?
5. Que peut-on alors dire des forces qui s'exercent sur le système d’après le principe d’inertie?
6. Quelle est l’action sur le système qui n’était pas présente lors de la 1ère expérience?
Lycée Françoise – Physique-chimie – Seconde – Thème n°2 : Mouvements et interactions : chute libre
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2 7. Représenter, à partir du principe d’inertie et sans souci d’échelle sur l’annexe, les forces modélisant les
actions quis’exercent sur le système lors de la phase 2 de M5 à M7.
On étudie la phase du mouvement de M0 à M5: 15.
8. Utiliser la contraposée du principe d’inertie pour proposer une représentation des forces modélisant les actions lors de la phase 1 de M0 à M5.
ANNEXE
