Cette manipulation doit être effectuée 3 fois afin de minimiser certaines erreurs expérimentales.

Transcription

1 TP - N : LA LOI DE NEWTON But de l expérience : - Vérifier le principe fondamental de la dynamique pour un mouvement de translation uniformément accéléré. - Déterminer expérimentalement la valeur de g. - 0 Dispositif à coussin d air. - 0 Poulie + 0fil inextensible. Mg - 0 masse ( m = 0 g ). - 0 Chariot glisseur avec masse ( M = 90 g ). - 0 Souffleur. - 0 Source de tension. mg - 0 Chronomètre digital. - 0 Electro-aimant. - 0 Barrière lumineuse fils de connexion. Partie théorique : Le principe fondamental de la dynamique appliqué au chariot en mouvement s écrit : = P + R = m γ F ext. R étant la réaction perpendiculaire au plan (mouvement sans frottements). En négligeant les masses du fil et de x ( t) = γ t + V t + x. la poulie et en considérant le fil inextensible, l équation horaire du mouvement s écrit: 0 0 x 0 et V 0 représentent respectivement la position et la vitesse du chariot glisseur, à l instant initial. Dans notre cas, à t = 0 s, x 0 = 0, V 0 = 0. Manipulation : - Identifier les équipements et vérifier les connexions électriques du dispositif de l expérience. - Allumer la source de tension et le chronomètre. 3- Passer le fil autour de la poulie puis accrocher à l une des extrémités le chariot et à l autre la masse de 0 g. 4- Mettre en contact le chariot glisseur et l électroaimant et remise à zéro du chronomètre. 5- A l aide de la règle graduée, positionner la barrière lumineuse à la distance souhaitée (voir tableau et repères). 6- Allumer le souffleur et déclencher le mouvement à l aide de la touche start du chronomètre. Au passage du chariot par la barrière lumineuse, un temps T est correspondant à la distance parcourue par le chariot. Cette manipulation doit être effectuée 3 fois afin de minimiser certaines erreurs expérimentales.

2 FEUILLE DE MANIPULATION - TP N - LA LOI DE NEWTON Date : Section : Groupe : Enseignant : Note : / 0 PARTIE THEORIQUE Retrouvez l accélération γ en fonction de m, M et g Donnez l expression de l incertitude absolue sur l accélération γ en fonction de x, x, t et t..... PARTIE EXPERIMENTALE T = N - Remplir le tableau ci-dessous. On rappelle que pour N mesures de T : i moy chronomètre. On prendra T chronomètre = 0-4 s. N T T + t x (m) T (s) T moy (s ) T moy (s ) T² moy (s² ) T² moy (s² ) Tracer x en fonction de T² moy en reportant les incertitudes sur chaque point. On prendra x= cm. 3- Reporter les calculs de pente puis déterminer, à partir du graphe obtenu, les valeurs de γ et γ en traçant les droites de plus grande et de plus petite pente En négligeant les incertitudes sur les masses, déduire à partir des résultats précédents : g min = ( ) g max = ( ) et g = ± ( ) CONCLUSION :......

3 TP - N Le Pendule Pesant But de l expérience : - Déterminer la période du pendule pesant - Calculer la position du centre de gravité de ce pendule 3- Déterminer expérimentalement la valeur de la pesanteur g. Equipements : - 0 Trépieds. - 0 masses m=400g et m=000g. - 0 Tige. - 0 Chronomètre digital. -0 règles graduée (m) 3

4 FEUILLE DE MANIPULATION - TP N - LE PENDULE PESANT Date : Section : Groupe : Enseignant : Note : / 0 Partie théorique : En supposant négligeable la masse de la tige devant les masses m et m ( m =400g et m = 000g) et que ces dernières sont assimilables à un point matériel, voir figure. Sachant que le centre de gravité de plusieurs masses est donné par la formule suivante : mx i i OG = m - Trouver le centre de gravité du système formé par les deux masses ; en prenant comme origine le point O. On note, l la distance du centre de gravité du pendule à l axe de rotation En appliquant le premier principe de la dynamique, trouver l équation différentielle du mouvement : d l + g sinα = 0 dtα Où g : l intensité de la pesanteur α : l angle entre la tige et la verticale Déduire la période (T) du mouvement du pendule dans le cas de faibles amplitudes i 4

5 Partie expérimentale : En changeant la position des masses m et m vers le haut, tout en gardant la distance les séparant fixe (h= cm). y = cm et T chronométre = 0.00 s. N On rappelle que pour N mesures de T :. T = T i T moy + T chronomètre N - Mesurer le temps de 0 oscillations (répétez deux fois les mesures) et Remplissez le tableau suivant (On prendra g = 0 m/s ): Y (cm) t=0t (s) t moy T moy =T exp T exp T T l(m) T calculée Tracer sur papier millimétré le graphe T exp = f(y) avec incertitudes. 3- Reporter les calculs de pente et déduire l intensité de la pesanteur g et g..... g =..( ) ; g =.. ±. ( ) 4- Comparer T exp et T calculée.. CONCLUSION :.. 5

6 TP - N 3 : LE RESSORT A BOUDIN But de l expérience : - Vérifier la loi qui lie la force de rappel F à l allongement x, pour un ressort tendu et à l équilibre. - Vérifier la loi qui lie la période T à une masse m oscillante, accrochée à l extrémité d un ressort. - Déterminer la constante de raideur du ressort par deux méthodes (statique et dynamique). Equipements : - 0Trépied. - 0 Support Tiges cylindriques Noix. - 0 Ressort à boudin. - 0 Règle graduée. - 0 Chronomètre digital. - Masses marquées (00g, 00g, 00g, 500g, Kg). - 0 règle graduée. Partie théorique : Statique: Un ressort de longueur à vide L 0, s allonge d une quantité z sous l effet d une masse m. A l équilibre : F = P + T = 0 ext. Par projection sur un axe vertical Oz : mg = k. z Dynamique: En partant d une situation d équilibre, on écarte la masse de sa position d équilibre puis on laisse le d z système osciller librement. Dans ce cas : F ext = P + T = m dt d z m + kz = 0. La résolution de cette équation donne : z ( t) = z sin(. ) 0 ω t + ϕ dt. Par projection sur l axe vertical Oz :. ω étant la pulsation. Manipulation : - Identifier les différents éléments de la manipulation. 3 - Pour la partie statique accrocher les différentes masses marquées (voir tableau) à l extrémité du ressort puis relever l allongement du ressort à l équilibre. 4 - Pour la partie dynamique accrocher les masses marquées à l extrémité du ressort, écarter légèrement le ressort de sa position d équilibre puis mesurer au chronomètre le temps de 0 oscillations. Dans cette partie de la manipulation, chaque mesure doit être effectuée au moins trois fois. 6

7 FEUILLE DE MANIPULATION - TP N 3- LE RESSORT A BOUDIN Date : Section : Groupe : Enseignant : Note : / 0 PARTIE THEORIQUE - Donner la loi qui lie la force de rappel F à l allongement z, pour un ressort tendu et à l équilibre - Retrouver dans le cas des oscillations la loi T = f (m) et donner l expression de la période T I - Etude Statique : PARTIE EXPERIMENTALE - Accrocher les différentes masses à l extrémité du ressort et mesurer la longueur du ressort à l équilibre. - Remplir le tableau ci dessous : (Les incertitudes sur les masses marquées peuvent être négligées, on prend z=5mm) m (g) L - L 0 = z (m) z moy (m) Représenter sur un papier millimétré les points expérimentaux p = mg = f(z) en reportant les incertitudes sur chaque point. On prendra g = 0 m/s². 4- Reporter les calculs de pente et déterminer les valeurs de k et k en traçant les droites de plus grande et de plus petite pente k min =.. ( ) k max =.. ( ) k moy =.. ±. ( ) 7

8 II - Etude dynamique : Accrocher la masse m à l extrémité du ressort. Ecarter légèrement la masse m de sa position d équilibre puis laisser le système osciller librement. - Mesurer le temps t pour 0 oscillations. (Cette manipulation doit être effectuée 03 fois pour chaque masse). N On rappel que pour N mesures de t : T = Ti Tmoy + T. moy chronomètre N (Les incertitudes sur les masses marquées peuvent être négligées). T chronometre = 0-3 (s) m (g) t = 0 T (s) T moy (s) T moy (s) T moy (s ) T moy (s ) Représenter sur un papier millimétré les points expérimentaux T = f (m) en reportant les incertitudes sur chaque point. 3- Tracez les droites de plus petite et de plus grande pente puis déduire des graphes obtenus : k min, k max, k moy. k min = ( ) k max = ( ) k moy = ± ( ) CONCLUSION 8

9 TP - N 4 : MOMENT D UN COUPLE - PENDULE DE TORSION But de l expérience : - Déterminer expérimentalement la constante de torsion d un ressort en spirale. - Déterminer expérimentalement le moment d inertie d un corps rigide à symétrie simple. Equipements : - 0 Trépieds - 0 Ressort en spirale avec support. - 0 Barre rigide m = 40 g. - 0 Disque R =.5 mm, m = 350 g. - 0 Sphère pleine : R = 7.5 mm, m = 960g. - 0 Dynamomètre. - 0 Barrière lumineuse. - 0 Chronomètre digital Fils de connexion. Partie théorique : Statique: Le moment du couple de rappel M dans le cas d un ressort en spirale est donné par : M = Fd. = Cθ F : Force appliquée, d : Distance entre le point d application de la force et l axe de rotation, C : La constante de torsion du ressort et θ : l angle mesuré par rapport à la position d équilibre. Dynamique: Dans le cas d un mouvement d oscillations autour d un axe Oz, passant par le centre de gravité du corps rigide, le moment du couple M est relié à la vitesse de rotation ω par : dω d d θ Mz = Jz = Jz + = dt dt dt θ ωθ 0. π C ω = =. T J J Z : Moment d inertie du corps rigide. ω : Pulsation ou vitesse angulaire. T: Période des oscillations. Ci-dessous, les expressions du moment d inertie de quelques corps rigides, par rapport à un axe vertical Oz passant par leurs centres de gravité : z Sphère pleine Disque J z théo = 5 mr J z théo = mr 9

10 Manipulation : Statique: détermination de la constante de torsion d un ressort en spirale - Fixer la tige métallique sur l axe de rotation du ressort en spirale - Tourner la tige métallique d un angle θ (de π/ à π ), à partir d une position d équilibre. 3- À l aide du dynamomètre, fixé perpendiculairement à la tige, mesurer la force de rappel du ressort. Dynamique : Détermination du moment d inertie de corps rigides. - Fixer la sphère sur l axe de rotation du ressort en spirale. - Placer la barrière lumineuse en face de la sphère de façon à ce que la languette, collée à la sphère, passe à travers la barrière. 3- Connecter la barrière lumineuse au chronomètre. Mettre le chronomètre en position mesure de temps. Remise à zéro. 4- Ecarter légèrement le corps rigide de sa position d équilibre puis laisser le système osciller librement. 5- Relever sur le chronomètre le temps d une demi-période T/ en faisant la mesure une fois à droite et une fois à gauche. 6- Refaire la manipulation pour la sphère pleine et le disque. 0

11 FEUILLE DE MANIPULATION TP N 4 Date : MOMENT D UN COUPLE - PENDULE DE TORSION Section : Groupe : Enseignant : Note : / 0 PARTIE THEORIQUE - Donnez l expression de l incertitude absolue M en fonction de F, F, d et d : - Donnez l expression de l incertitude absolue J Z en fonction de T, T, C et C : PARTIE EXPERIMENTALE I - Etude statique : Détermination de la constante de torsion du ressort en spirale. - Remplir le tableau suivant. On donne d=0cm et on négligera l erreur sur la valeur de θ et d, F=0.05N θ (rad) π/ π 3π/ π F (N) M = F. d (N.m) M (N.m) - Tracer sur papier millimétré les variations : M = f(θ) en reportant les incertitudes sur chaque point.

12 3- Déterminer les valeurs de C et C à partir des droites de plus grande et de plus petite pente. C min = ( ) C max = ( ) C moy = ± ( ) II - Etude dynamique : Détermination du moment d inertie d un corps rigide. Remplir le tableau suivant. On rappelle que pour N mesures de t : Avec : T chronomètre = 0-4 s T = N N T i T moy + T chronomètre. Corps T (s) T moy (s) T moy (s) J z (Kg.m²) J z (Kg.m²) J z théo (Kg.m²) Sphère pleine Disque CONCLUSION...