Chapitre 13
Activité 1 - Activité expérimentale
Chute d'une goutte et principe d'inertie
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Problématique de l'activité
Une goutte de permanganate de potassium qui tombe dans l'huile est soumise aux forces suivantes : son poids et une force exercée par l'huile sur la goutte. Cette force se compose elle-même de la poussée d'Archimède (doc. 3) et d'une force de frottements.
Quelle relation existe-t-il entre ces forces lors de la chute de la goutte ?
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L'étude de cette chute permet-elle d'accéder à la valeur des forces de frottements ?
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Doc. 1Énoncé du principe d'inertie
Si les forces qui s'exercent sur un corps se compensent, soit ce corps est immobile, soit il a un mouvement rectiligne uniforme.
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Doc. 2 Matériel nécessaire
- Une éprouvette graduée remplie d'huile alimentaire ;
- Une solution de permanganate de potassium ;
- Une pipette pasteur ;
- L'application à télécharger.
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Le principe d'inertie est une implication du type : si A alors B. On appelle alors contraposée l'implication : si
non(B) alors non(A).
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- Volume d'une goutte : V= 0,050 mL ;
- Masse volumique de l'huile : \rho(huile) = 920 kg\cdotm-3 ;
- Masse volumique du permanganate de potassium : \rho(permanganate) = 1 010 kg\cdotm-3 ;
- Intensité de la pesanteur sur Terre : g= 9,81 m\cdots-2 (ou N·kg‑1).
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Doc. 3 La poussée d'Archimède
La poussée d'Archimède est la force que subit un objet plongé dans un fluide. Pour une goutte immergée, la poussée d'Archimède notée \mathit{\Pi} est caractérisée de la façon suivante :
Son intensité s'exprime par la relation \mathit{\Pi} = \rho \cdot V \cdot g, avec :
- \rho la masse volumique du fluide en kg·m‑3 ;
- V le volume de la goutte en m3 ;
- g l'intensité de la pesanteur terrestre en N·kg-1.
| Point d'application | Direction | Sens |
| Centre de gravité | Verticale | Vers le haut |
Son intensité s'exprime par la relation \mathit{\Pi} = \rho \cdot V \cdot g, avec :
- \rho la masse volumique du fluide en kg·m‑3 ;
- V le volume de la goutte en m3 ;
- g l'intensité de la pesanteur terrestre en N·kg-1.
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Questions
Compétence(s)
ANA : Élaborer un protocole
RÉA : Effectuer des mesures
RÉA : Effectuer des mesures
Point maths
Énoncer la contraposée du principe d'inertie.2. Doc. 2 Proposer et mettre en œuvre un protocole permettant de visualiser le mouvement de la goutte de permanganate dans l'huile à l'aide d'une chronophotographie.
3. En utilisant la méthode de son choix (logiciel de traitement d'image, téléphone portable avec une application de mesures), utiliser la chronophotographie pour caractériser le mouvement de la goutte.
4. Calculer la valeur du poids et de la poussée d'Archimède.
5. Utiliser le principe d'inertie pour en déduire la valeur de la force de frottements.
4. Calculer la valeur du poids et de la poussée d'Archimède.
5. Utiliser le principe d'inertie pour en déduire la valeur de la force de frottements.
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Synthèse de l'activité
Donner la relation qui existe entre toutes les forces s'exerçant sur la goutte en précisant les conditions pour que cette relation soit valable.
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Oups, une coquille
