PREMIÈRE PARTIE: Forces, Composantes, Additions de vecteurs

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1 LABORATOIRE : Équilibe de tanslation PREMIÈRE PARTIE: Foces, Composantes, Additions de vecteus BUTS : L'étudiant(e) deva ête capable de: - Mesue l'intensité d'une foce au moyen d'un dynamomète. - Utilise les unités et les chiffes significatifs. - Décie une foce au moyen d'une intensité et d'une oientation. - Décie une foce au moyen de ses composantes. - Repésente une foce au moyen d'un schéma à l'échelle. - Monte que l'addition des composantes donne les composantes de la foce ésultante. MATÉRIEL : - 1 table de foces munie de 4 poulies - 1 dynamomète bleu (0-2,5 N) et 1 dynamomète vet (0-5 N) - 1 jeu de masses MANIPULATIONS : I.A) 1 Suspendez une masse m 1 de 200 g à l'extémité d'un dynamomète. 2 Mesuez l intensité de la foce, T 1, execée pa le dynamomète su la masse. N.B. Avant de commence toute mesue avec un dynamomète, véifiez que les "zéos" de ceux-ci sont bien ajustés. (Pou ajuste le zéo, utilisez l'écou se touvant à une des extémités de l'instument). T 1 3 Suspendez m 1 au bout d une des codes et faites passe la code pa la goge d'une poulie fixée à la table de foces. La valeu su le dynamomète est-elle modifiée? 4 Quel est le ôle de la poulie?

2 I.B) 1 Faites passe la code pa la goge d'une poulie fixée à la table de foces à la gaduation En tiant au moyen d'un dynamomète su une aute des codes attachées à l'anneau, annulez T 1 au moyen d'une nouvelle foce que nous appelleons E 1 (l équilibante de T 1 ). 3 Déteminez l'intensité et l'oientation de " 1 I.C) Remplacez la foce execée au numéo 3 pa deux foces pependiculaies, au moyen de deux dynamomètes. Un pemie dynamomète, placé selon l'axe des x, mesuea la composante x de l'équilibante, alos que le deuxième dynamomète, placé selon l'axe des y, mesuea la composante y de l'équilibante. Placez des poulies su les axes pou effectue cette mesue. x y Véifie vos mesues de façon théoique au moyen de l'intensité et l'oientation de : x cos" 1 y sin" 1 I.D) À pati de vos valeus expéimentales, epésentez gaphiquement, x et y su le plan catésien ci-dessous, en utilisant une échelle appopiée. y x

3 II.A) Enlevez la masse m 1 (200 g) et placez une masse m 2 de 350 g à l'extémité d'une ficelle passant pa la gaduation 335. La tension dans cette code s'appelle T 2. B) Déteminez l'intensité et l'oientation de (l équilibante de T 2 ). " 2 C) Chechez ensuite les deux composantes de (au moyen de deux dynamomètes, comme à la page pécédente). x y Véifie vos mesues de façon théoique au moyen de l'intensité et l'oientation de x cos" 2 y sin" 2 À pati de vos valeus expéimentales, epésentez gaphiquement, x et y su le plan catésien ci-dessous, en utilisant une échelle appopiée. y x

4 III.A) Combinez les deux tensions T 1 et qu elles tient simultanément su l anneau. T 2 de telle sote B) Mesuez les caactéistiques de E 3, qui est l équilibante de T 1 et T 2. E 3 " 3 C) À l'aide de deux dynamomètes oientés selon les axes x et y, déteminez les composantes de E 3 : E 3x E 3y D) À pati de vos valeus expéimentales, epésentez gaphiquement E 3, E 3x et E 3y su le plan catésien ci-dessous, en utilisant une échelle appopiée. y IV Tableau écapitulatif x Somme E 3 x y V Auait-on pu calcule E 3x et E 3y sans les mesue au moyen de dynamomètes et sans mesue l intensité et l oientation de E 3? Si oui, comment?

5 DEUXIÈME PARTIE: Condition d équilibe de tanslation BUTS L'étudiant(e) deva ête capable de : MATÉRIEL : - Défini l'équilibe de tanslation. - Repésente gaphiquement une foce à l'aide d'un vecteu. - Décie mathématiquement une foce (notation). - Effectue l'addition vectoielle pa les méthodes gaphique et analytique. Table de foces, codes, anneaux, poulies, masses, ègle, appoteu d'angles. MANIPULATIONS : 1 - Établissez su la table de foces un système de 4 foces en équilibe. Les foces doivent ête assez gandes (ajoutez au moins 50 g su le suppot), inégales et ne pas fome un angle doit ni un angle plat (180 ). 2 - Remplissez les tableaux suivants (dans le tableau 2, calculez l'intensité des foces su l'anneau au moyen de la masse suspendue: n'utilisez pas les dynamomètes dans cette patie). Tableau 1 : Masses suspendues Tableau 2 : Foces Indice Masse suspendue Intensité Oientation kg N F 1 F 2 F 3 F 4 Exemple de calcul : Intensité d une foce en Newtons

6 ANALYSE DES RÉSULTATS (Addition vectoielle) I) Méthode gaphique du polygone : 1- À l aide des vecteus epésentant les foces 1, 2 et 3, tacez le polygone en les plaçant un à la suite de l'aute; tacez ensuite le 4 e vecteu qui femea le polygone. Ce vecteu, F " 4, epésente la valeu théoique de la 4 e foce equise pou que le système soit en équilibe (en d'autes mots: l'équilibante des foces 1, 2 et 3). Utilisez une échelle appopiée. 2- Utilisant le polygone tacé ci-dessus, donnez l'intensité et l'oientation de la foce F 4 " 3- Compaez l intensité de la foce déteminée pa la méthode du polygone F " 4 avec celle de déteminée expéimentalement (voi tableau 2) [% d'écat] F 4

7 II) Méthode analytique 1 - Calculez les composantes des vecteus epésentant les foces 1, 2 et 3 pa la méthode analytique et emplissez le tableau suivant : Tableau 4 : Les foces et leus composantes Intensité Oientation F x F y F 1 F 2 F 3 N N N Exemples de calcul : F 1x F 1y 2 - Faites la somme des composantes en x et y pou détemine les composantes de la foce F 4 " qui donnea un système de 4 foces en équilibe. F 4 " est l équilibante des foces 1, 2 et 3. # F ix F 1x + F 2x + F 3x + F 4x " 0 # F iy F 1y + F 2y + F 3y + F 4y " 0

8 3 Utilisant les composantes de la foce F 4 " déteminées en (2), calculez : a) l intensité de F 4 " : b) l oientation de F 4 " : 4 Compaez l intensité de F 4 " obtenue en (3a) à F 4 déteminée expéimentalement (tableau 2) [% d écat] II) Conclusion Losqu un système de foces est en équilibe, que peut-on conclue au sujet a) de la somme vectoielle des foces? b) des sommes des composantes selon chacun des axes?