Chap. 15 : Force et mouvement dans le sport.

1) De l’action mécanique à sa modélisation. 1. 1 1) De l’action 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 l’action … . Mais ce n’est pas la seule action mécanique …. du pied du footballeur.

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

Quelles sont toutes les actions mécaniques exercée par l’extérieur sur le ballon ?

Terre Sol { le ballon } Pied Doc. 2. Air Quelles sont toutes les actions mécaniques exercée par l’extérieur sur le ballon ? Les actions mécaniques à prendre en compte … Action à distance Action de contact Extérieur Terre   Sol Système étudié { le ballon } Pied  Doc. 2.  Air

On néglige maintenant les frottements et effet de l’air. 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 l’air. FSol/ballon FPied/ballon P = FTerre/ballon Remarque importante : …

Activité 1 : Refaire une étude similaire pour ce voilier. F1Mer/Voilier = Poussée d’Archimède FAir/Voilier FMer/Voilier F2Mer/Voilier= frottements P

2) Effet d’une force sur le mouvement 2.1. Les différents effets Doc. 4 : Effets d’actions mécaniques : Mise en mouvement

Modification du mouvement (vitesse et/ou trajectoire) 2) Effet d’une force sur le mouvement 2.1. Les différents effets Doc. 4 : Effets d’actions mécaniques : Modification du mouvement (vitesse et/ou trajectoire)

2) Effet d’une force sur le mouvement 2.1. Les différents effets Doc. 4 : Effets d’actions mécaniques : Arrêt du mouvement

2) Effet d’une force sur le mouvement 2.1. Les différents effets Doc. 4 : Effets d’actions mécaniques : Déformation

2.2. Influence de la masse Activité 2 : Effet d’une force sur le mouvement d’un système de masse différente. Des chiens de traineau doivent tirer des attelages de masses différentes. Quelle est l’influence d’une augmentation de la masse m de l’attelage sur la vitesse v atteinte sur une distance D ?

{ Mobile } Terrestre FBanc/mobile = R FFil/Mobile = F P Pour modéliser cette situation, on a filmé le dispositif suivant sur un banc à coussin d’air : Le mobile peut glisser sur le banc à coussin d’air sans frottements comme le traineau sur la glace. Quel est le système étudié, symbolisant l’attelage ? Quel est le référentiel d’étude ? Quelles sont les forces « extérieures » s’exerçant sur ce système ? Les représenter sans soucis d’échelle. { Mobile } Terrestre FBanc/mobile = R 10,0 g FFil/Mobile = F P

FNeige/traineau = R FChiens/traineau = F P FBanc/mobile = R FFil/Mobile = F P

t x y v s m m m.s-1 0 0 0 0.04 0.004706 0.002353 0.1471 0.08 0.01176 0.002353 0.1765 0.12 0.01882 0.002353 0.2059 0.16 0.02824 0.002353 0.2647 0.2 0.04 0.004706 0.3235 0.24 0.05412 0.004706 0.3824 0.28 0.07059 0.004706 0.4412 0.32 0.08941 0.004706 0.5 0.36 0.1106 0.004706 0.5882 0.4 0.1365 0.004706 0.5882 0.44 0.1576 0.004706 0.6471 0.48 0.1882 0.004706 0.7647 0.52 0.2188 0.004706 0.7941 0.56 0.2518 0.004706 0.7941 0.6 0.2824 0.004706 0.8824 0.64 0.3224 0.002353 0.9706 0.68 0.36 0 1.029 0.72 0.4047 0.002353 1.088 0.76 0.4471 0.002353 1.118 0.8 0.4941 0.002353 1.176 0.84 0.5412 0.002353 1.235 0.88 0.5929 0 1.294 0.92 0.6447 0 1.353 0.96 0.7012 0 1.441 1 0.76 0 1.441 1.04 0.8165 0.002353 1.441 1.08 0.8753 0 1.441 1.12 0.9318 0 1.412 1.16 0.9882 0.002353 1.471 1.2 1.049 0.002353 1.412 1.24 1.101 0

t (s) 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 x (m) 1,6 1,8 x avec m = 71,06 g x avec m = 51,06 g

x (m) 0.2 0.4 0.6 0.8 1 v (m.s-1 - ) 1.2 1.4 m=51.06 g m=71.06 g

2) Principe d’inertie Activité 3 : Lien vers fichier doc « La partie de pétanque de Galilée ». 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.

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.

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.

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.

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.

Salviati. Mais comment serait son mouvement 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.

Le mouvement est alors … 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 …

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.

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. R P

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

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

Les forces extérieures se compensent-elles ? 3. Pourquoi, dans la réalité, une boule lancée sur un plan horizontal va-t-elle ralentir puis s'arrêter ? R f P Les forces extérieures se compensent-elles ?

Les forces extérieures se compensent-elles ?

Les forces extérieures se compensent-elles ?

R P + R P Les forces extérieures se compensent-elles ?

Les forces extérieures se compensent-elles ?

Les forces extérieures se compensent-elles ?

R P + R P Les forces extérieures se compensent-elles ?

4. Enoncer le principe d’inertie

Non, parabolique et accéléré. 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 P {sauteur} Non, parabolique et accéléré. Non

Oui, rectiligne et uniforme. 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 R R R R P P {Palet} Oui, rectiligne et uniforme. Oui

rectiligne ou immobilité 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 F P {balle} Non, parabolique. Non

rectiligne ou immobilité 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 R T P {Alpiniste} Oui, immobilité. Oui

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

rectiligne ou immobilité 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 R R P {voiture} Oui, immobilité. Oui

Oui, rectiligne et uniforme. 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 !

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

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

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

Pour modéliser les trajectoires de ces personnages, réaliser la vidéo d’une 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 ».

Pour modéliser les trajectoires de ces personnages, réaliser la vidéo d’une bille dont la trajectoire leur sera comparable.

Choisir de représenter x = f(t). Que constate-t-on ? Que peut-on dire de l’accroissement Dx pendant un accroissement de temps Dt ? Que peut-on en déduire pour la vitesse vx selon l’axe x’x ? Qualifier le mouvement selon l’axe x’x dans le référentiel terrestre. Trouver la valeur de la vitesse vx selon l’axe x’x par une modélisation (cliquer sur l’onglet à gauche de l’écran puis sur l’icône dans la fenêtre qui s’ouvre. t (s) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 x (m) 0,05 0,15 0,25 0,35

Choisir de représenter maintenant y = f(t). Que constate-t-on ? Que peut-on dire de l’accroissement Dy pendant un accroissement de temps Dt (on distinguera deux cas) ? Que peut-on en déduire pour la vitesse vy selon l’axe y’y ? Qualifier le mouvement selon l’axe y’y dans le référentiel terrestre. t (s) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 y (m) 0,05 0,15 0,25 0,35

Enoncé du principe d’inertie : IV. Etude des forces s’exerçant sur cette bille : En négligeant les frottements et les actions de l’air, représenter les forces sur le schéma ci-contre s’exerçant sur cette bille, lorsqu’elle est en contact avec le rail, puis lors de sa chute. FRail/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 s’exercent sur ce système {bille} dans le référentiel terrestre ? P Lorsque cette bille est entrain de chuter, comment peut-on qualifier son mouvement ? Que peut-on dire des forces qui s’exercent sur ce système {bille} dans le référentiel terrestre ? Enoncé du principe d’inertie :

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