Travaux Pratiques de physique Etude du mouvement Version du 14/02/2019

Rappel Théorique Manipulation Résumé Equations du mouvement MRU MRUA Conservation de l’énergie Manipulation Précaution d’emploi Résumé

Mécanique Cinématique : description du mouvement d’un corps Dynamique : étude des causes du mouvement d’un corps; lien entre le mouvement d’un corps et les forces qu’il subit

Cinématique : description du mouvement d’un corps De quoi avons-nous besoin pour décrire le mouvement d’un corps?

Position Choix du référentiel : Origine Axes de référence Mouvement général : 3 axes x [m] y [m] z [m] O 1 2 3 4 5 x0 y0 z0 Coordonnées (x,y,z) : Mouvement général : 3 coordonnées (x,y,z) Les coordonnées dépendent du temps Les coordonnées dépendent du référentiel utilisé

Position : cas particulier du mouvement à 1 dimension x [m] -1 1 2 3 4 5 Mouvement à une dimension : trajectoire = ligne droite Un seul axe de référence nécessaire Une seule coordonnée pour décrire la position Mouvement plus « simple » à décrire et à étudier car moins de paramètres à prendre en compte

Cinématique : description du mouvement d’un corps De quoi avons-nous besoin pour décrire le mouvement d’un corps?

Vitesse Δx Δt x [m] -1 1 2 3 4 5 Vitesse moyenne : 1 2 3 4 5 Vitesse moyenne : = distance parcourue par unité de temps La vitesse est une quantité qui peut elle-même varier avec le temps ! La vitesse instantanée est définie comme la vitesse pour des intervalles de temps très très petits (tendant vers zéro) : Vitesse instantanée : A trois dimensions, la vitesse est décrite par un vecteur

Cinématique : description du mouvement d’un corps De quoi avons-nous besoin pour décrire le mouvement d’un corps?

Accélération La vitesse instantanée peut varier avec le temps : ses variations sont étudiées avec le concept l’accélération. Accélération moyenne : = variation de la vitesse par unité de temps Accélération instantanée : A trois dimensions, l’accélération est décrite par un vecteur Remarque :

Equations du mouvement Equations du mouvement à 1 dimension : = système de deux équations différentielles. Si on connaît a(t), alors on peut en déduire v(t) et x(t).

MRU Mouvement rectiligne uniforme :

MRU Mouvement rectiligne uniforme :

MRU Photos prises à intervalle de temps régulier Sur un intervalle de temps donné, la distance parcourue est toujours la même. Δx Δx Δx Δx Δx Δx

MRUA Mouvement rectiligne uniformément accéléré : accélération constante

MRUA Mouvement rectiligne uniformément accéléré : accélération constante

MRUA La distance parcourue sur un intervalle de temps donné varie au cours du mouvement. Photos prises à intervalle de temps régulier

Mécanique Cinématique : description du mouvement d’un corps Dynamique : étude des causes du mouvement d’un corps; lien entre le mouvement d’un corps et les forces qu’il subit

Les mouvements peuvent être expliqués par les forces : 2e Loi de Newton : F est la résultante des forces appliquées/la force totale a est l’accélération du corps subissant ces forces m est la masse de ce corps

Application au plan incliné 1. Définir un système de référence α x y O

Application au plan incliné 2. Inventaire des forces que subissent le mobile α x y O

Application au plan incliné 3. Calculer la force totale α x y O

Application au plan incliné 3. Calculer la force totale α x y O Décomposition du poids en composantes x et y Réaction du support α Au final :

Application au plan incliné 4. Application de la 2e loi de Newton α x y O

MRUA avec une accélération

Énergie potentielle (de pesanteur) : Energie Énergie cinétique : Énergie potentielle (de pesanteur) : Conservation de l’énergie mécanique totale: NB : il existe d’autres types d’énergies potentielles, selon la force conservative intervenant dans le système. Dans ce cas, c’est le poids qui intervient. Pour un autre exemple, voir Mec-4 et l’énergie potentielle associée à la force de rappel d’un ressort.

Application au plan incliné On assiste donc à des transformations d’énergie, mais l’énergie mécanique totale est constante En haut au départ (en supposant la vitesse initiale nulle) Ep = MAX Ec = 0 En bas Ep = 0 Ec = MAX L’énergie totale est conservée :

Rappel Théorique Manipulation Résumé Equations du mouvement MRU MRUA Conservation de l’énergie Manipulation Précaution d’emploi Résumé

Air track : « élimine » les frottements Chariots : mobile en mouvement Matériel Air track : « élimine » les frottements Chariots : mobile en mouvement Chariot Air Track

Marqueur électrique : Donne des décharges régulières Matériel Marqueur électrique : Donne des décharges régulières Bande thermosensible : Marque le point de ces décharges Veillez à éteindre le générateur entre les utilisations !!!

Matériel Masses : seront attachées sur le chariot Bloc de bois : incline l’air-track Aimants : causent des « frottements magnétiques »

Résumons-nous : Air track : « élimine » les frottements Chariots : mobile en mouvement Marqueur électrique : Donne des décharges régulières Bande thermosensible : Marque le point de ces décharges Masses : seront attachées sur le chariot Bloc de bois : incline l’air-track Aimants : cause des « frottements magnétiques »

MRU Forces ? => Ftot = 0 => a = 0

MRU Mouvement à vitesse constante Mettre le chariot en mouvement (catapulte) Relever la position au cours du temps (machine à étincelle) Calculer les vitesses, v t Construire le graphique v en fonction de t.

MRUA α Plan incliné Accélération subie par le chariot : Relever la position comme précédemment Calculer les vitesses L h α t Construire le graphe de v en fonction de t v Déduire a et g

Conservation Energie α L P1 P2 h Reprendre le graphique du plan incliné Relever la vitesse et la hauteur du premier et dernier point : Réécrire l’énergie mécanique initiale et finale Comparer ces deux énergies : L P1 P2 h α

Précautions d’emploi Ne pas poser le chariot sur le rail quand la soufflerie est coupée !!! Veiller à répartir les charges de manière symétrique Ne JAMAIS toucher le fil sous tension (40 000 V) Couper le générateur après chaque utilisation !!!

3 parties : Mouvement à vitesse constante Mouvement accéléré Relever la vitesse au cours du temps Mouvement accéléré Idem, déterminer a et g Conservation de l’énergie Relever les hauteurs de départ et d’arrivée Bon Travail ! A faire en même temps