ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE


1
Chute d’une goutte et principe d’inertie





Doc. 1
Énoncé 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.

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 Π\mathit{\Pi} est caractérisée de la façon suivante :

Point d'application Direction Sens
Centre de gravité Verticale Vers le haut


Son intensité s’exprime par la relation Π=ρVg\mathit{\Pi} = \rho \cdot V \cdot g, avec :
- ρ\rho la masse volumique du fluide en kg·m‑3 ;
- VV le volume de la goutte en m3 ;
- gg l’intensité de la pesanteur terrestre en N·kg-1.

Synthèse de l'activité

Voir les réponses
Donner la relation qui existe entre toutes les forces s’exerçant sur la goutte en précisant les conditions pour que cette relation soit valable.


Par intuition

L’étude de cette chute permet-elle d’accéder à la valeur des forces de frottements ?

Point maths

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).

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 ?


Compétences

ANA : Élaborer un protocole

RÉA : Effectuer des mesures

Données

  • Volume d’une goutte : V=V= 0,050 mL ;
  • Masse volumique de l’huile : ρ\rho(huile) == 920 kg\cdotm-3 ;
  • Masse volumique du permanganate de potassium : ρ\rho(permanganate) == 1 010 kg\cdotm-3 ;
  • Intensité de la pesanteur sur Terre : g=g= 9,81 m\cdots-2 (ou N·kg‑1).

Questions

Voir les réponses
1. Doc. 1
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.

Doc. 2
Matériel nécessaire

Eprouvette graduée
  • Une éprouvette graduée remplie d’huile alimentaire ;
  • Une solution de permanganate de potassium ;
  • Une pipette pasteur ;
  • L’application Motion Shot à télécharger.
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