Mécanique. Mechanics. Maquette approche de l énergie de position Position energy model approach. Réf : Français p 1.

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1 Mécanique Mechanics Français p 1 English p 5 Version : 8006 Maquette approche de l énergie de position Position energy model approach

2 Mécanique Maquette approche de l énergie de position 1 Généralités 1.1 But de l appareil La maquette approche de l énergie de position, comme son nom l indique, permet de montrer qu un corps placé au voisinage de la terre, du fait de la pesanteur, possède une énergie appelée «énergie de position» (expression utilisée en collège qui est appelé énergie potentielle dans les classes de lycée et d enseignement supérieur). Elle permet d interpréter l énergie de mouvement acquise (énergie cinétique) par diminution d énergie de position : attiré par la Terre, le corps perd de l altitude et convertit une partie de son énergie de position en énergie de mouvement. Ce corps est susceptible, au cours d un choc, de transférer son énergie cinétique au corps choqué, qui se met à son tour en mouvement. 1.2 Description Composition Ecrou métallique Guide gradué pour la chute de l écrou Seringue servant à quantifier le choc 2 pieds support Fonctionnement Le poussoir du piston de la seringue est fixé à un «plateau de réception» qui entoure le guide gradué. On place ce plateau devant le zéro du guide. L écrou, positionné à une certaine hauteur, est abandonné sans vitesse initiale. Lorsqu il arrive sur le «plateau de réception», il lui transfert son énergie cinétique et s immobilise, le piston s enfonce et l air contenue dans la seringue se comprime. On soulève aussitôt l écrou et on note la position du plateau devant le guide gradué. FRANÇAIS 1

3 Mécanique Maquette approche de l énergie de position 1.3 Caractéristiques techniques 1 guide en aluminium, de section carré 15 x 15 mm, de longueur 650 mm, gradué de 0 à 40 cm au-dessus du zéro et de 0 à 5 cm en dessous, avec graduations tous les mm. 2 pieds support avec vis de réglage de la verticalité du guide. 1 écrou métallique de masse 180 g environ. 1 seringue 10 ml fixée au guide par 3 clips, munie d un plateau de réception collé sur le poussoir du piston. 2 Mise en œuvre 2.1 Protocole expérimental L écrou, positionné en position est lâché. En fin de chute il choque le «plateau de réception» placé devant le zéro du guide. Le piston s enfonce et on note le déplacement du plateau. h On réitère l expérience pour des hauteurs de chute différentes. L enfoncement du piston est d autant plus important que la hauteur de chute de l écrou est plus grande. On en déduit alors que l énergie initiale que possède l écrou est fonction de sa hauteur, donc de sa position (verticale) par rapport à la Terre. On montre que l énergie potentielle est conséquente de la pesanteur, elle-même dépendante de la gravitation. Remarque 1 : Si l écrou reste sur le «plateau de réception», le piston s enfonce du fait que l extrémité de la seringue n est pas obstruée. Il faut soulever l écrou quasi aussitôt arrivé sur le plateau et lire son enfoncement. FRANÇAIS 2

4 Mécanique Maquette approche de l énergie de position 2.2 Résultats D une façon générale, l enfoncement n est pas proportionnel à la hauteur totale de chute (hauteur repérée sur le guide augmentée de l enfoncement). Les principales raisons sont : La vitesse d enfoncement du plateau est plus grande que la vitesse d évacuation du gaz, ce qui produit une compression de l air contenu dans la seringue. La vitesse de l écrou à son arrivée sur le plateau croît avec la hauteur de chute ce qui a une incidence sur la compression de l air. La force de frottement du piston sur les parois de la seringue est fonction de sa vitesse et donc de la hauteur de chute. Arc-boutement éventuel du piston par rapport à la seringue. Cependant, l expérience montre qu il existe un domaine dans lequel il y a linéarité entre la hauteur totale de chute et l enfoncement. Pour 0 < h < 30 cm l enfoncement est pratiquement fonction linéaire de la hauteur totale de chute : Remarque : e m est l enfoncement moyen obtenu après 10 mesures consécutives. 3 Service après vente La garantie est de 2 ans, le matériel doit être retourné dans nos ateliers. Pour toutes réparations, réglages ou pièces détachées, veuillez contacter : JEULIN - SUPPORT TECHNIQUE Rue Jacques Monod BP EVREUX CEDEX FRANCE FRANÇAIS 3

5 Mécanique Maquette approche de l énergie de position NOTES FRANÇAIS 4

6 Mechanics Position energy model approach 1 General 1.1 Purpose of the instrument The approximate position energy model, as its name suggests, demonstrates that an object close to the earth has energy called «position energy» (expression used in secondary school that is called potential energy in high school classes and in universities). It makes it possible to interpret the movement energy (kinetic energy) acquired through a reduction in the position energy; the body is attracted to the Earth, it loses altitude and part of its position energy is converted into movement energy. During a shock, this body can transfer its kinetic energy to the impacted body, which in turn starts moving. 1.2 Description Composition Metallic nut Graduated guide for the fall of the nut Syringe used to quantify the shock 2 support stands Operation The syringe piston pusher is fixed to a «reception tray» that surrounds the graduated guide. This tray is placed in front of the guide zero. The nut placed at a certain height is released with zero initial speed. When it reaches the «reception tray», it transfers its kinetic energy to it and then stops moving, the piston penetrates and the air contained in the syringe is compressed. The nut is then lifted and the position of the tray in front of the graduated guide is marked. ENGLISH 5

7 Mechanics Position energy model approach 1.3 Technical characteristics 1 aluminium guide with a 15 x 15 mm square section, 650 mm long, graduated from 0 to 40 cm above zero and 0 to 5 cm below zero, with graduations every mm. 2 support stands with guide verticality adjustment screws. 1 metallic nut with a mass of about 180 g. One 10 ml syringe fixed to the guide by 3 clips, provided with a reception tray glued to the piston pusher. 2 Implementation 2.1 Experimental protocol The nut is released from position. At the end of the drop, it impacts the «reception tray» placed in front of the guide zero. The piston penetrates and the displacement of the tray is marked. h The experiment is repeated for different drop heights. The penetration of the piston increases as the nut drop height increases. It is then deduced that the initial energy in the nut depends on its height, and therefore its position (vertical) relative to the earth. It is shown that the potential energy depends on the weight, that is itself dependent on gravity. Note 1: If the nut remains on the «reception tray», the piston penetrates due to the fact that the end of the syringe is not obstructed. The nut must be lifted almost immediately after it arrives on the tray and its penetration should be read. ENGLISH 6

8 Mechanics Position energy model approach 2.2 Results In general, penetration is not proportional to the total drop height (height marked on the guide plus the penetration). The main reasons are: The tray penetration velocity is greater than the gas evacuation velocity, that causes compression of the air contained in the syringe. The velocity at which the nut arrives at the tray increases with the drop height, that has an incidence on the air compression. The friction force between the piston and the syringe walls depends on its velocity and therefore the drop height. The piston can possibly get stuck in the syringe. However, the experiment shows that there is a range within which there is a linear relation between the total drop height and the penetration. For 0 < h < 30 cm, the penetration is almost a linear function of the total drop height: Model using a linear function of the magnitude e m = * H total Note: e m is the average penetration obtained after 10 consecutive measurements. 3 After-Sales Service This material is under a two year warranty and should be returned to our stores in the event of any defects. For any repairs, adjustments or spare parts, please contact: JEULIN - TECHNICAL SUPPORT Rue Jacques Monod BP EVREUX CEDEX FRANCE +33 (0) ENGLISH 7

9 Mechanics Position energy model approach NOTES ENGLISH 8

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