Le principe de l inertie

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Martial Laurent
il y a 6 ans
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1 Le principe de l inertie I. Documents historiques Au cours de l histoire, des savants ont émis des hypothèses sur les causes des mouvements ; en voici trois : a. Un lanceur communique une force motrice au objet qu il lance. Cette force entretient le mouvement. Une fois la force motrice épuisée, l objet s immobilise. b. Tout objet qui n est soumis à aucune force ou à des forces qui se compensent reste dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme. c. Tout objet pour être déplacé doit subir une force, l'arrêt de l action entraînant l'arrêt de l'objet. Ces propositions sont d Aristote ( av. JC), Jean Philopon (VI ème s. après JC) et Newton ( ). L étude qui suit doit vous permettre de déterminer la validité de ces propositions et d identifier leur auteur. II. Document : le curling Le curling est un jeu écossais qui remonte au XVI ème siècle et qui se joue sur une patinoire horizontale. Ce sport très technique est basé sur une idée très simple : faire glisser une pierre de granite environ de 20 kilos sur une piste de glace de manière à ce qu elle s arrête au plus près d une cible appelée maison. Certains joueurs balaient la glace devant la pierre pour faire fondre la glace et ainsi minimiser les frottements de façon à ce que le III. Expérience : Le mouvement de la pierre de curling sur la glace peut être modélisé par le mouvement d'un glaçon sur la table horizontale suffisamment lisse pour que les frottements entre le glaçon et la table soient négligeables. Réaliser l'enregistrement vidéo du mouvement du glaçon sur un plan horizontal, en utilisant la fiche pratique distribuée. Pour la toise (échelle) vous utiliserez une règle positionnée horizontalement, placée parallèlement à la trajectoire du glaçon. Ouvrir le fichier vidéo à l'aide de LatisPro. Choisir l origine sur la première position du glaçon (une fois qu il est lâché par l opérateur) Définir l échelle à partir de la toise utilisée. Pointer les positions successives occupées par le glaçon lors de son mouvement. Une fois l enregistrement terminé, afficher la représentation graphique de l'abscisse (mouvement X) du glaçon en fonction du temps à l'aide de LatisPro. Modéliser la courbe obtenue et relever l équation du modèle choisi. Quelle est l'unité du coefficient directeur de la courbe? Que représente -t-il? Qualifier le mouvement du glaçon (2 informations : quelle est la trajectoire? comment évolue la vitesse?)

IV. Etude des forces agissant sur le glaçon (ou la pierre) (on se place dans le référentiel terrestre) 1 ère phase : avant le lancer, la pierre

Conclure sur le lien entre la nature du «mouvement» et les forces exercées sur le palet. 2 ème phase : le joueur pousse la pierre.

3 ème phase : La pierre est lâchée et les joueurs de la même équipe «balaient» la glace pour minimiser au maximum les frottements qui deviennent

2 IV. Etude des forces agissant sur le glaçon (ou la pierre) (on se place dans le référentiel terrestre) 1 ère phase : avant le lancer, la pierre est immobile. Quelles sont les forces qui agissent sur la pierre? Que peut-on dire de ces forces? Conclure sur le lien entre la nature du «mouvement» et les forces exercées sur le palet. 2 ème phase : le joueur pousse la pierre. Quelles sont les forces qui agissent sur la pierre? Les forces se compensent-elles? Quelle est la nature du mouvement de la pierre? 3 ème phase : La pierre est lâchée et les joueurs de la même équipe «balaient» la glace pour minimiser au maximum les frottements qui deviennent négligeables. Quelles sont les forces qui agissent sur la pierre? Que peut-on dire de ces forces? Quelle est la nature du mouvement? Conclure sur le lien entre la nature du «mouvement» et les forces exercées sur la pierre.

4 ème phase : la pierre glisse et s approche du centre de la cible où elle va s arrêter. Quelles sont les forces qui agissent sur la pierre? Quelle est la nature du mouvement? V. Conclusions : 1.

3 4 ème phase : la pierre glisse et s approche du centre de la cible où elle va s arrêter. Quelles sont les forces qui agissent sur la pierre? Quelle est la nature du mouvement? V. Conclusions : 1. Parmi les trois savants cités, seul Newton a raison. Quelle est sa proposition? Quelles phases du mouvement permettent de confirmer cette proposition? 2. Quelle est la proposition d Aristote (la plus ancienne)? Par quelle phase du mouvement est-elle invalidée? 3. En quoi Philopon apporte-t-il un progrès à la proposition d Aristote? Quelle est sa confusion? VI. Principe de l inertie : Réécrire le principe d inertie énoncé par Newton et formuler sa réciproque qui est également vérifiée.

4 Exercice : Parachutisme Un parachutiste saute du haut d une falaise. Dans tout le problème on supposera sa chute verticale. Avec son équipement, sa masse est de 100 kg (on prendra g=10 N.kg -1 ). Le document ci-contre donne sa vitesse au cours de la chute en fonction du temps v (m/s) t (s) Décrire brièvement les 3 phases du mouvement (évolution de la vitesse du parachutiste au cours de sa chute). 2. A quelle date le parachute s ouvre-t-il? On appellera cette date t p. 3. On parle de chute libre lorsque le parachutiste n est soumis qu à son poids et que les frottements sont encore négligeables. La vitesse évolue alors proportionnellement à la durée de chute. Jusqu à quelle date appelée t 1 peut-on considérer la chute comme libre? Représenter sur le schéma a. la force qui agit sur le parachutiste. 4. A partir de t 1, on ne peut plus négliger l action de l air sur le parachutiste. Il en résulte que la vitesse augmente de moins en moins vite entre les dates t 1 et t p. a. Définir la direction et le sens de la force de frottement f qui modélise l action de l air sur le parachutiste. b. On rappelle que la vitesse augmente toujours durant cette phase. Laquelle des deux forces agissant sur le parachutiste (poids et frottement de l air) a la plus grande intensité? c. Représenter sur le schéma b. les deux forces qui agissent sur le parachutiste (tenir compte des réponses aux questions a. et b. pour la représentation). 5. Ouverture du parachute : a. Quel est l effet du parachute sur la ou les forces agissant sur le parachutiste? b. Comment évolue la vitesse après l ouverture du parachute? Expliquer cette évolution. c. Représenter sur le schéma c. les deux forces qui agissent sur le parachutiste. 6. Décrire le mouvement du parachutiste à partir de t=38s. En déduire en justifiant la relation entre le poids et les frottements qui agissent sur le parachutiste. Représenter sur le schéma 8c. les deux forces qui agissent sur le parachutiste. 7. Avec quelle vitesse le parachutiste atteint-il le sol? a. b. c. d.

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