POURQUOI UN OBJET PEUT-IL BASCULER?

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1 Lycée des Métiers LEONARD DE VINCI /2019 HYGIÈNE ET STÉ MECA 1 POURQUOI UN OBJET PEUT-IL BASCULER 1. Conséquences de la gravitation : Poids d un corps ACTIVITE 1 «Action de la gravitation sur un corps» 1.a. Visualiser la vidéo «Chute d une balle de golf». b. Décrire en deux phrases cette chute (sans aborder la notion de vitesse) : c. D après vos connaissances de 3 e, qu est-ce qui est responsable de cette chute La masse La gravitation exercée par la Terre La vitesse d. Cette ACTION est représentée par une force, que l on appelle le poids, et que l on note. Parmi les tableaux suivants, quelle est celui qui correspond aux caractéristiques du poids, responsable de la chute de la balle de golf Force Droite d action Sens Force Droite d action Sens Force Droite d action Sens Force Droite d action Sens 2.a. On a représenté le poids de Satellites tournant autour de la Terre dans le sens des aiguilles d une montre. Rayer les représentations incorrectes du poids. b. Représenter par une flèche le poids P des satellites suivants : Lune Exercice 1 Un astéroïde s approche de la planète Mars. Éliminer les trajectoires qui sont impossibles : TP 1 «Comment déterminer la masse d un objet, sans balance» On appelle masse d un corps la quantité de matière qui compose ce corps. La masse d un corps est constante. Elle est indépendante des conditions dans lesquelles elle est mesurée (lieu, température, etc....). 1. Quelle est l unité de masse utilisée sur les masses marquées On souhaite mesurer la masse d un objet, sans balance, mais uniquement à partir du matériel suivant : Une boite de masses marquées Un ressort Un double décimètre 2TP S.P.C. / ACTIVITES 1/6 Balance de Roberval avec sa boîte de masses marquées. Objet dont on cherche à déterminer la masse.

2 2. Choisir parmi les montages suivants, celui qui permettra de déterminer la masse cherchée. d d d d1 d2 d3 d4 Appel n 1 : Faire vérifier le choix du montage et le justifier oralement 3.a. repérer sur la règle la mesure de la longueur du ressort à vide. b. l expérience confirmé par le professeur et noter les résultats (ATTENTION AUX UNITÉS!) : Masse (en g) Masse inconnue m Allongement (en m) Appel n 2 : Faire vérifier les résultats expérimentaux 4. Traitement des données à partir du logiciel LATIS PLP a. Ouvrir le fichier «Masse avec ressort.plp» avec le logiciel LATIS PLP. Saisir alors les résultats expérimentaux dans la partie tableur. Les points se placent alors automatiquement sur le graphique. b. Comment semblent être les points c. Par un clic droit sur la zone graphique, choisir l outil «Droite» pour tracer la droite moyenne qui passe par les points précédents. Appel n 3 : Faire vérifier la construction graphique 5.a. Utiliser l outil «Réticule» (clic droit sur la zone graphique) pour déterminer la masse m de l objet cherchée, à partir de l allongement déterminé expérimentalement. m =... b. Créer un commentaire (clic droit sur la zone graphique) sur le graphique indiquant votre ou vos noms. Appel n 4 : Enregistrer et transmettre au professeur le fichier de travail. 6.a. Vérifier ce résultat à l aide d une balance, puis noter le résultat obtenu : mbalance =... b. Comparer m et mbalance et justifier un éventuel écart.... 2TP S.P.C. / ACTIVITES 2/6

3 TP 2 «Comment mesurer le poids d un objet» 1. À partir de vos connaissances de 3 e, relier chaque élément de chacune des colonnes suivantes, avec un des éléments de la colonne suivante ou précédente. Masse m N Dynamomètre Poids P kg Balance 2. Il existe une relation entre le Poids P et la masse m. Cette relation dépend de l endroit où l on se trouve, caractérisé par un coefficient g. À partir des informations données ci-dessous, déterminer la ou les relation(s) correcte(s). Sur la Terre : gterre 9,8 N/kg Sur la Lune : glune 1,63 N/kg Oh là, dites donc Oh Il pèse là, dites des donc tonnes, Il votre pèse des tonnes, votre petit costume On petit ne costume peut plus bouger On ne peut plus bouger quand on a çà sur le quand dos on a çà sur le dos Oh là, dites donc Il pèse des tonnes, votre Ça, par exemple Ça, par exemple Sur la lune C est Sur la prodigieux lune C est prodigieux Ça, par exemple petit costume On ne peut plus bouger Quel bond! Quel bond! Je me promène Je sur me la promène lune sur la lune Quel bond! quand on a çà sur le dos Je marche... je Je cours marche... je... saute je cours je saute... Sur Je Je m m = P g m = g P P = m g P = m g m = g P m = P g Appel n 1 : Faire vérifier la compréhension de la situation 3. Légender le dynamomètre ci-contre avec les étiquettes données, en traçant des flèches sur les parties du dynamomètre concernées : Vis de blocage Poulie étagée (5 N) Poulie étagée (10 N) Échelle de graduation (5 N) Échelle de graduation (10 N) Crochet de suspension 4. On souhaite mesurer le poids d un objet de masse 150 g. a. Proposer un schéma du montage à réaliser. Appel n 2 : Faire vérifier le schéma du montage b. Procéder à la mesure du poids. Appel n 3 : Faire vérifier la mesure P =... c. En déduire la valeur de g (en N/kg) dans la salle de cours : g = P m =... 3.a. Est-il judicieux de ne faire qu une seule mesure, avec le même appareil pour déterminer g (justifier la réponse) b. Proposer alors une solution plus fiable.... 2TP S.P.C. / ACTIVITES 3/6

4 2. Conditions d équilibre d un objet posé sur un plan horizontal ACTIVITE 2 «En quel point d un solide s applique le Poids» Le poids d un objet est une force dont le point d application est le centre de gravité de l objet. Le centre de gravité G d un objet est un point particulier pour lequel l objet, en appui sur celui-ci, sera toujours en équilibre, quelle que soit son orientation. 1. Déterminer le centre de gravité G des objets plan suivants : (triangle équilatéral) 2. Déterminer le centre de gravité du triangle quelconque suivant, en traçant ses médianes. 3. Déterminer le centre de gravité des objets en trois dimensions suivants : Exercice 2 1. Un dynamomètre permet-il de mesurer la masse ou le poids d un objet 2. On suspend une masse de 4,1 kg au crochet de ce dynamomètre. Déterminer le poids de cette masse. (On prendra g = 9,8 N/kg) 3. Dessiner sur la figure, l aiguille du dynamomètre lorsque cette masse est suspendue. Exercice 3 Pour connaître le poids d un objet, on l a suspendu à un dynamomètre. Voici l image des deux expériences réalisées par deux élèves différents. Une seule est correcte. 1. Indiquer le poids de ce corps en utilisant la bonne expérience : 2. Calculer en grammes la masse du corps précédent sachant que g = 10 N/kg. Exercice 4 Le poids de la remorque est égal à N. Le représenter dans chacun des deux cas suivants. Échelle : 1 mm représente 200 N. TP 3 «Pourquoi un objet bascule-t-il» On désire assembler une table de forme semi-circulaire sur un seul pied. Le plateau de cette table est modélisé par une plaque semi-circulaire. Trois trous A, B et C ont été fait dans la plaque du coté de ses extrémités. On dispose d un fil à plomb. 1. Proposer la démarche à suivre pour déterminer l emplacement du pied afin d obtenir l équilibre de la table TP S.P.C. / ACTIVITES 4/6..

5 2. Détermination expérimentale du centre de gravité par la méthode du fil à plomb a. Au moyen d un axe aimanté fixé sur une plaque métallique : suspendre la plaque cartonnée mise à disposition au point A ; fixer le fil à plomb en A ; noter soigneusement sur la feuille la trace verticale passant par A. b. Recommencer les étapes de la consigne précédente pour les points B et C. c. Ôter la plaque cartonnée et déterminer la position du centre de gravité G. Appel n 1 : Faire vérifier la zone du centre de gravité 2. Détermination géométrique du centre de gravité a. Mesurer le diamètre D du demi-disque de la plaque cartonnée reproduisant la plaque. D =... cm b. Déterminer la valeur de son rayon R. R =... cm c. Au dos de la plaque cartonée (par rapport au précédent travail), placer le point O, centre du disque. d. Tracer la droite (), passant par O et perpendiculaire au diamètre. e. Calculer la valeur de la distance OG telle que : OG = 4R 3 =... f. Placer alors point G, sachant qu il appartient à la droite (). Appel n 2 : Faire vérifier le placement du point G 3. Par transparence, comparer les positions des points G et G TP 4 «Pourquoi un objet bascule-t-il» 1.a. Regarder la vidéo «Mise à l eau», puis décrire le phénomène observé b. les expériences schématisées ci-dessous, puis effectuer un bref compte rendu de ces expérimentations. A : Face au mur, pieds et tête touchant le mur, essayer de vous dresser sur la pointe des pieds. B : De profil contre le mur, une épaule et un pied toujours en contact avec le mur, essayer de lever la jambe sur le côté. C : Jambes toujours collées contre un mur, essayer de ramasser un objet à terre en vous penchant «Pourquoi un objet bascule-t-il» Émettre une hypothèse répondant à la question, en l explicitant On dispose d un solide déformable, dans le sens indiqué par les schémas suivants Les schémas ont été réalisés en respectant les règles de la perspective cavalière. 50 2TP S.P.C. / ACTIVITES 5/6

6 Parmi les 4 représentations données, seule la dernière provoque une bascule, les trois premières «tenant debout» telles qu elles sont représentés. a. Déterminer sur chacun des quatre schémas la position du centre de gravité G du solide. b. Tracer une flèche symbolisant le poids du solide sur chacun des 4 schémas. c. Expérimenter avec le dispositif photographié. d. Que dire la position du centre de gravité par rapport à la base du solide lorsqu il y a basculement Confirmer ou infirmer l hypothèse formulée à la question initiale, en l explicitant Regarder les photographies suivantes : a. Quel est le rôle des stabilisateurs ici (on pourra faire le lien avec l étude précédente)... b. Malgré l emploi de stabilisateur, des accidents peuvent avoir lieu. Pourquoi c. Ouvrir le fichier GeoGebra «basculement camion.ggb» pour interagir avec les différents paramètres. Exercice 5 : Tour de Pise Expliquer pourquoi la tour de Pise ne tombe pas. On tracera tous les éléments nécessaires à l explication sur la photographie. Exercice 7 : Épareuse L entretien des bas-côtés des chemins est assuré par une épareuse fixée sur un tracteur. 1. Lors du déploiement de l épareuse, que fait le centre de gravité du système tracteur épareuse 2. Pour que le système ne se renverse pas, où doit rester la verticale du centre de gravité 3. Pour augmenter la stabilité du tracteur, on peut gonfler les roues arrière à l eau et placer des masses à l avant. Quel effet cela produitil Exercice 6 : Objet en équilibre lesté Un objet est constitué d'un cylindre en bois lesté d'une demi-sphère de plomb. Le centre de gravité G de l'objet est situé dans la zone en plomb. 1. Dans la position 1 (l objet repose sur le plan horizontal au point 0), a. Quelle est la base de sustentation b. La verticale du point G rencontre-t-elle la base de sustentation c. L objet reste-t-il en équilibre 2. Dans la position 2, a. Quelle est la base de sustentation b. La verticale du centre de gravité rencontre-t-elle la base de sustentation c. L objet peut-il rester en équilibre 2TP S.P.C. / ACTIVITES 6/6

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