COFFRET DE STATIQUE OEB - MS

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1 COFFRET DE STATIQUE OEB - MS Contenu du coffret de statique pour le collège Matériel - 1. Coffret servant de support 2. Plaque universelle pour les expériences 3. Barre pour la notion de moment 4. Mobile 5. Dynamomètre 5N 6. Poulie sur axe 7. Poulie sur chape 8. Rapporteur pour plan incliné 9. Fils 10. Crochets 11. Objets pour masse volumique 12. Récipient gradué Compléments : Balance mécanique

2 Liste des principales expériences Expérience 4ème 5ème 6ème 7ème 8ème 1 - Longueur 4 p 43 7 p 8 2- Surface 7 p Volume d un solide 4 p 45 7 p Volume d un liquide 7 p Masse - balance 4 p 43 7 p Masse volumique (sol) 7 p Masse volumique (liq) 7 p Force Dynamomètre 4 p 53 5 p 93 7 p 35 8 p Frottement 5 p 93 7 p 38 8 p Notion de moment - Levier 6 p 83 8 p Poulie fixe 6 p 88 8 p Poulie mobile 6 p 88 8 p Palan 6 p 88 8 p Plan incliné (qualitatif) 6 p 86 8 p Poids et masse 8 p Pendule 8 p Poussée d Archimède 8 p 69 1 Longueur - Mesure approchée de П - a) matériel : poulie, boulon de 4 mm de diamètre et double décimètre. b) mode opératoire : la poulie est munie d un repère. Mesurer le diamètre d de la poulie. Placer le repère du disque en contact avec un trait. Faire rouler le disque sans le faire glisser et tracer un second trait quand il a fait un tour complet. Mesurer la distance L entre ces deux traits La circonférence du cercle : C = L c) Calcul de П. Puisque C = 2.П.R donc П = C / d = d) Remarque. On obtient un résultat plus précis en faisant deux ou trois tours. Ici on a fait deux tours. On a L = 28,5 cm. Donc C = 14,25 cm. Comme d = 4,5 cm. On obtient П = C / d = 14,25 / 4,5 = 3,17 soit la valeur correcte de П à 1%. 2 - Mesure de la surface d un disque a) matériel : disque de R = 4 cm ou compas et papier à petits carreaux b) mode opératoire :

3 Dessiner le cercle de rayon 4 cm sur la feuille de papier millimétré Compter le nombre de carreaux entiers contenus dans le disque : 32 compter le nombre n des petits carreaux (0,25 cm²) contenus à l intérieur du disque : on en trouve 52 donc la surface est supérieure à Sm = x ¼ = = 45 cm² compter le nombre N de petits carreaux supplémentaires contenant tout le disque : on en trouve 45 donc la surface est inférieure à SM = x ¼ = ,25 = 56,25 cm² c) conclusion : notion d encadrement La surface est donc donnée par l encadrement Sm < S < SM La valeur approchée est Sa = (Sm + SM) / 2 = 50,6 cm² Comparer avec la valeur théorique S = П.R² = 3,14 x 4² = 50,3 cm². On retrouve le même résultat à moins de 1% d erreur. 3 Volume d un solide a) Forme géométrique On mesure les dimensions et on calcule le volume en appliquant le formule. b) Forme quelconque 4 Volume d un liquide - On trouve V = 180 cm 3. (photo ci-dessus) V = 180 cm 3 5 Masse balance (voir fiche sur les balances) a) Matériel Balance automatique mobile en bois Objets divers

4 m = 300 g balance mal réglée balance bien réglée NB - Si la balance n est pas au «zéro» il faut tourner le bouton marqué par la flèche. b) Masse d un solide Placer le solide (mobile) sur la balance et mesurer sa masse. c) Masse d un liquide Peser le récipient vide et le récipient plein. Déduire la masse du liquide. 6 Masse volumique d un solide - a) Matériel : balance, objet en bois ou en métal, cylindre de dimension connue, double décimètre ou pied à coulisse, récipient gradué. b) Mesure de la masse : utiliser la balance c) Mesure du volume : on peut déduire le volume à partir de ses dimensions ou dans certains cas avec une éprouvette graduée et de l eau. d) Calculer la masse volumique en appliquant la formule Mv = m / V Exemple ci-dessus : m = 300g V = 3Z8 cm 3 donc Mv = m/v = 300 / 38 = 7,8 g/cm 3 7 Masse volumique d un liquide a) Matériel : balance, liquide, récipient gradué. b) Mesure de la masse du liquide : utiliser la balance c) Mesure du volume : avec une éprouvette graduée. d) Calculer la masse volumique en appliquant la formule Mv = m / V e) Conclusions : masse volumique de l eau Mv = 1000g/L ou 1 g/cm Force dynamomètre - Présentation du dynamomètre à ressort. 9 Frottement - a) Matériel : Dynamomètre et mobile ou chaussure

5 b) Expérience 1 - Le poids de la chaussure est P = 2,5 N La force de frottement sur le sol est Ff = 1 N Donc le coefficient de frottement est K = Ff / P = 1 / 2,5 = 0,4 c) Expérience 2 Tirer le mobile à l envers : il faut exercer une force F1 (dépend de la nature de la surface) Tirer le mobile sur des rouleaux (crayons rends par exemple) : il faut exercer une force F2 Tirer le mobile sur les roues : il faut exercer une force F3 très faible F 2 N F 0 F 1,2 N

6 Le coefficient de frottement sont respectivement 10 Notion de moment a) Matériel Coffret de statique. b) Expérience Suspendre le chariot d un côté et le dynamomètre de l autre Expérience 1 Expérience 2 c) Expérience 1 P 1 = 1 N d 1 = 0,1 m M 1 = P 1.d 1 = 2,8 x 0,1 = 0,28 N.m F 2 = 2,8 N d 2 = 0,1 m M 2 = P 2.d 2 = 2,8 x 0,1 = 0,28 N.m donc M 1 = M 2 d) Expérience 2 P 1 = 1 N d 1 = 0,1 m M 1 = P 1.d 1 = 2,8 x 0,1 = 0,28 N.m F 2 = 1,4 N d 2 = 0,2 m M 2 = P 2.d 2 = 1,4 x 0,2 = 0,28 N.m donc M 1 = M 2 e) Expérience 3 d) Moment On appelle moment la grandeur M = F.d voir p Poulie fixe

7 La force à exercer avec la poulie fixe est la même que sans la poulie. La poulie fixe change la direction d une force sans en modifier l intensité. 12 Poulie mobile L utilisation d une poulie mobile permet de diviser la force par 2. Poulie mobile Palan simple 13 Palan L utilisation d un palan simple permet de diviser la force par 2.

8 14 Plan incliné simple (écoles ou collèges) Ce n est pas au programme mais on peut vérifier que l on a à peu près F = P. sin α 15 Poids et masse a) Matériel : Dynamomètre, balance et un objet (ex pile) b) Expérience : Si on a des masses marquées on les suspend au dynamomètre. Si m = 0,1 kg P = 1 N si m = 0,2 kg on a P = 2 N Si on n a pas de masse on pèse un objet (par exemple le mobile) m = 270 g = 0,27 kg On mesure le poids de la pile avec le dynamomètre : P = 2,7 N c) Formule Donc on a g = P / m = 2,7 / 0,27 = 10 m/s² Donc P = m.g = 10.m 16 Pendule 17 Poussée d Archimède - a) Matériel Dynamomètre, objet à suspendre (ex pile ronde), récipient quelconque (bouteille d eau). b) Mise en évidence de la poussée d Archimède

9 Suspendre l objet au dynamomètre : on mesure son poids réel P = 0,5 N Suspendre l objet quand il est immergé :on mesure son poids apparent P = 0,3 N P <P donc l objet a subi une poussée d Archimède Pa = P P = 0,5 0,3 = 0,2 N