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Chap. 15 : Force et mouvement dans le sport.. 1) De laction mécanique à sa modélisation 1.1. Quelles sont les actions mécaniques qui agissent sur un système.

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1 Chap. 15 : Force et mouvement dans le sport.

2 1) De laction mécanique à sa modélisation 1.1. Quelles sont les actions mécaniques qui agissent sur un système ? Doc 1. : Exemple : le mouvement du ballon est modifié par laction …. Mais ce nest pas la seule action mécanique …. du pied du footballeur.

3 { le ballon } Le système étudié est : Tout ce qui ne constitue pas …

4 Quelles sont toutes les actions mécaniques exercée par lextérieur sur le ballon ?

5 Extérieur Action à distance Action de contact Doc. 2. Système étudié { le ballon } Terre Sol Pied Air Les actions mécaniques à prendre en compte …

6 1.2. Modélisation des actions mécaniques Une action mécanique est modélisée par … Une force est caractérisée par … On néglige maintenant les frottements et effet de lair. P = F Terre/ballon F Sol/ballon F Pied/ballon Remarque importante : …

7 Activité 1 : Refaire une étude similaire pour ce voilier. P F 1Mer/Voilier = Poussée dArchimède F 2Mer/Voilier = F Air/Voilier frottements F Mer/Voilier

8 2) Effet dune force sur le mouvement 2.1. Les différents effets Doc. 4 : Effets dactions mécaniques : Mise en mouvement

9 2) Effet dune force sur le mouvement 2.1. Les différents effets Doc. 4 : Effets dactions mécaniques : Modification du mouvement (vitesse et/ou trajectoire)

10 2) Effet dune force sur le mouvement 2.1. Les différents effets Doc. 4 : Effets dactions mécaniques : Arrêt du mouvement

11 2) Effet dune force sur le mouvement 2.1. Les différents effets Doc. 4 : Effets dactions mécaniques : Déformation

12 2.2. Influence de la masse Activité 2 : Effet dune force sur le mouvement dun système de masse différente. Des chiens de traineau doivent tirer des attelages de masses différentes. Quelle est linfluence dune augmentation de la masse m de lattelage sur la vitesse v atteinte sur une distance D ?

13 10,0 g Pour modéliser cette situation, on a filmé le dispositif suivant sur un banc à coussin dair : Le mobile peut glisser sur le banc à coussin dair sans frottements comme le traineau sur la glace. Quel est le système étudié, symbolisant lattelage ? Quel est le référentiel détude ? Quelles sont les forces « extérieures » sexerçant sur ce système ? Les représenter sans soucis déchelle. P F Banc/mobile = R F Fil/Mobile = F { Mobile } Terrestre

14 10,0 g P F Banc/mobile = R F Fil/Mobile = F P F Neige/traineau = R F Chiens/traineau = F

15 txyv smmm.s

16 t (s) 0,20,40,60,811,21,4 x (m) 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 x avec m = 71,06 g x avec m = 51,06 g

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18 2) Principe dinertie Lien vers fichier doc « La partie de pétanque de Galilée ». Activité 3 : La partie de pétanque... de Galilée ! Une boule de pétanque finit toujours par s'arrêter. Pourtant, en 1632, dans Dialogue sur les deux grands systèmes du monde, galilée a expliqué qu'un mouvement pourrait être éternel. Dans quelles conditions un mouvement peut-il être rectiligne uniforme ? Dans Dialogue sur les deux grands systèmes du monde, GALILÉE utilise le personnage de Salviati pour présenter ses propres idées novatrices face à Simplicio qui défend les idées plus traditionnelles de l'époque.

19 Salviati. Dites-moi, supposez une surface plane, polie comme un miroir, faite d'un matériau dur comme l'acier, et qui ne soit pas parallèle à l'horizon, mais légèrement inclinée. Vous posez dessus une bille parfaitement sphérique, d'un matériau lourd et très dur. Si vous lâchez la bille, que croyez-vous qu'elle fera ? Pensez-vous qu'elle restera immobile ? Simplicio. Je ne crois pas qu'elle va rester immobile ; au contraire, je suis sûr que spontanément elle ira dans le sens de la pente. Salviati. Et jusqu'à quand la bille roulera-t-elle ? Comment évoluera sa vitesse ? Remarquez bien que je parle d'une bille parfaitement ronde sur une surface parfaitement lisse afin de négliger tous les obstacles possibles et faire abstraction de la résistance de l'air. Simplicio. J'ai compris. À votre question, je réponds que cette bille continuera à se déplacer à l'infini, pourvu que la surface s'étende ainsi. Et son mouvement sera continuellement accéléré.

20 Salviati. Supposons maintenant qu'on veuille que la bille remonte la pente. Le pourra-t-elle ? Simplicio. Pas spontanément ; elle n'ira vers le haut que si on la lance, et son mouvement ralentira.

21 Salviati. Donc, vous avez décrit les mouvements de la bille dans deux situations différentes : vous dites que sur le plan incliné vers le bas, la vitesse de la bille augmente constamment ; mais que sur le plan incliné vers le haut, sa vitesse diminue... Alors dites- moi : qu'arriverait-il à la bille sur une surface horizontale ? Simplicio. Ici il faut que je réfléchisse. Puisqu'il n'y a pas de pente vers le bas, il ne peut y avoir d'accélération, et, puisqu'il n'y a pas de pente vers le haut, il ne peut y avoir non plus de ralentissement. Il me semble par conséquent que la bille devrait naturellement rester arrêtée.

22 Salviati. Je suis d'accord avec vous pourvu que la bille soit posée à l'arrêt sur le plan. Mais si on lui donnait de l'élan dans une certaine direction sur cette surface horizontale, que se produirait-il ? Simplicio. Elle irait dans cette direction.

23 Salviati. Mais comment serait son mouvement ? Accéléré comme sur le plan incliné vers le bas, ou bien ralenti comme sur le plan incliné vers le haut ? Simplicio. Comme la surface n'est pas inclinée, je ne vois aucune cause d'accélération ni de ralentissement. Salviati. En effet, et donc si rien ne cause l'accélération ou le ralentissement de la bille, elle roulera à vitesse constante. Mais alors, pendant combien de temps estimez-vous qu'elle continuera à se déplacer si elle ne ralentit pas ? Simplicio. Aussi longtemps que durera cette surface qui ni ne s'abaisse ni ne s'élève. Salviati. Par conséquent, si la surface était infinie, le mouvement serait éternel ? Simplicio. En effet, c'est ce qu'il me semble.

24 1. Selon Galilée, comment évoluera la vitesse et quelle sera la trajectoire d'une boule lancée sur une surface parfaitement horizontale et lisse ? Le mouvement est alors …

25 2. D'après GALILÉE, que peut-on dire des forces extérieures exercées sur une boule lancée sur un plan horizontal ? Citer ces forces et en proposer une schématisation.

26 P R

27 P R Pour ce mouvement rectiligne et uniforme, les forces extérieures se …

28 3. Pourquoi, dans la réalité, une boule lancée sur un plan horizontal va-t-elle ralentir puis s'arrêter ?

29 P R f Les forces extérieures se compensent-elles ?

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31

32 P R P + R

33 Les forces extérieures se compensent-elles ?

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35 P R P + R

36 4. Enoncer le principe dinertie

37 Activité 4 : Le système étudié est-il immobile ou en mouvement rectiligne et uniforme ? Les forces se compensent-elles ? Système étudié Mouvement rectiligne ou immobilité Forces se compensent {sauteur} Non, parabolique et accéléré. Non P

38 Activité 4 : Le système étudié est-il immobile ou en mouvement rectiligne et uniforme ? Les forces se compensent-elles ? Système étudié Mouvement rectiligne ou immobilité Forces se compensent {Palet} Oui, rectiligne et uniforme. Oui P RRR P R

39 Activité 4 : Le système étudié est-il immobile ou en mouvement rectiligne et uniforme ? Les forces se compensent-elles ? Système étudié Mouvement rectiligne ou immobilité Forces se compensent {balle} Non, parabolique. Non P F

40 Activité 4 : Le système étudié est-il immobile ou en mouvement rectiligne et uniforme ? Les forces se compensent-elles ? Système étudié Mouvement rectiligne ou immobilité Forces se compensent {Alpiniste} Oui Oui, immobilité. P T R

41 Activité 4 : Le système étudié est-il immobile ou en mouvement rectiligne et uniforme ? Les forces se compensent-elles ? Système étudié Mouvement rectiligne ou immobilité Forces se compensent {skieur} Oui, rectiligne et uniforme. Oui P R f

42 Activité 4 : Le système étudié est-il immobile ou en mouvement rectiligne et uniforme ? Les forces se compensent-elles ? Système étudié Mouvement rectiligne ou immobilité Forces se compensent {voiture} Oui Oui, immobilité. P RR

43 Activité 4 : Le système étudié est-il immobile ou en mouvement rectiligne et uniforme ? Les forces se compensent-elles ? Système étudié Mouvement rectiligne ou immobilité Forces se compensent {sonde} Oui, rectiligne et uniforme. Oui car pas de force !

44 Activité 5 : Afin de mieux comprendre, observons ces 2 personnages :

45 Afin de mieux comprendre, observons ces 2 personnages : Sport préféré : La course à pied ! Sport préféré : La chasse au Bip Bip !

46 STOP : Que va-t-il se passer ? Analysons cette situation :

47 Pour modéliser les trajectoires de ces personnages, réaliser la vidéo dune bille dont la trajectoire leur sera comparable. Une notice décrivant les principales fonctions permettant de réaliser cette vidéo a été distribuée. Cette vidéo sera ensuite analysée avec le logiciel « REGAVI » puis les résultats obtenus seront traités avec le logiciel « REGRESSI ».

48 Pour modéliser les trajectoires de ces personnages, réaliser la vidéo dune bille dont la trajectoire leur sera comparable.

49 Choisir de représenter x = f(t). Que constate-t-on ? Que peut-on dire de laccroissement x pendant un accroissement de temps t ? Que peut-on en déduire pour la vitesse v x selon laxe xx ? Qualifier le mouvement selon laxe xx dans le référentiel terrestre. Trouver la valeur de la vitesse v x selon laxe xx par une modélisation (cliquer sur longlet à gauche de lécran puis sur licône dans la fenêtre qui souvre.

50 Choisir de représenter maintenant y = f(t). Que constate-t-on ? Que peut-on dire de laccroissement y pendant un accroissement de temps t (on distinguera deux cas) ? Que peut-on en déduire pour la vitesse v y selon laxe yy ? Qualifier le mouvement selon laxe yy dans le référentiel terrestre.

51 IV. Etude des forces sexerçant sur cette bille : En négligeant les frottements et les actions de lair, représenter les forces sur le schéma ci-contre sexerçant sur cette bille, lorsquelle est en contact avec le rail, puis lors de sa chute. P F Rail/bille = R P Lorsque cette bille est en contact avec le rail, comment peut-on qualifier son mouvement ? Que peut-on dire des forces qui sexercent sur ce système {bille} dans le référentiel terrestre ? Lorsque cette bille est entrain de chuter, comment peut-on qualifier son mouvement ? Que peut-on dire des forces qui sexercent sur ce système {bille} dans le référentiel terrestre ? Enoncé du principe dinertie :

52 STOP : Que va-t-il se passer ? Revenons à cette situation :

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