ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE


2
Le champ de pesanteur




Compétences

REA : Effectuer des mesures

VAL : Identifier les sources d’erreurs

VAL : Précisions et incertitudes


Doc. 2
Matériel nécessaire

  • Deux masselottes de masses différentes ;
  • Une balle de tennis ;
  • Une balle de ping-pong ;
  • Une caméra ;
  • Un logiciel de pointage vidéo ;
  • Un tableur-grapheur.

Isaac Newton est connu pour ses recherches sur la gravitation et la chute des corps. La légende dit qu’en observant tomber une pomme depuis un arbre, il aurait développé sa théorie sur la gravitation.

➜ Comment déterminer l’intensité du champ de pesanteur terrestre en étudiant la chute d’un objet ?

Questions

Voir les réponses
1. Doc. 2 Parmi les objets proposés dans la liste du matériel, lesquels sont les plus adaptés pour étudier un mouvement de chute libre ? Justifier.


2. Doc. 2 À partir de la vidéo, proposer un protocole expérimental permettant d’obtenir les coordonnées en fonction du temps de deux objets de masses différentes tombant en chute libre. ➜ Fiche méthode 21, p. 397.


3. Doc. 3 Pour chacun de ces deux objets, calculer la valeur de la vitesse à chaque position relevée, puis calculer le rapport ΔvΔt.\dfrac{\Delta{v}}{\Delta{t}}.


4. Pour chacun des deux objets, calculer la moyenne et l’écart-type des rapportsΔvΔt.\dfrac{\Delta{v}}{\Delta{t}}.


5. Doc. 1 On donne gtabuleˊe=g_{\text{tabulée}} = 9,81 m·s-2. Comparer la valeur moyenne de ΔvΔt\dfrac{\Delta{v}}{\Delta{t}} et gtabuleˊeg_{\text{tabulée}} par un calcul d’écart relatif pour chaque objet tombé.
L’égalité du doc. 1 est-elle vérifiée dans chaque cas ?


6. Identifier les sources d’erreurs pouvant justifier cet écart ?

PC.1.13.A2.Pomme-retouche

Supplément numérique

Retrouvez ici prochainement une vidéo en slow motion d’un service de tennis.

Doc. 1
Chute libre

Un objet est en chute libre s’il n’est soumis qu’à son poids. Dans le cas de la chute libre, en négligeant l’influence de l’air, la variation du vecteur vitesse v\vec{v} par rapport au temps est égale au champ de pesanteur g\vec{g} :

ΔvΔt=g.\dfrac{\Delta\vec{v}}{\Delta t} = \vec{g}.

En réalité, les objets sont soumis aux frottements de l’air. Dans le cas où les objets ne chutent pas dans le vide, on pourra tout de même négliger l’action de l’air sur un objet si son poids a une intensité bien supérieure à celle des forces de frottement et à la poussée d’Archimède. Ceci est réalisé pour des hauteurs de chute réduites car l’intensité des frottements de l’air augmente avec la vitesse.

Synthèse de l'activité

Quelles sont les caractéristiques du vecteur variation de vitesse lors d’une chute libre ? L’étude effectuée permet-elle de dire si ce vecteur variation de vitesse dépend de la masse de l’objet qui chute ?

Doc. 3
Calculer une vitesse en différents points

Pour un mouvement à une dimension selon (Oyy), la vitesse en un point Mi\mathrm{M}_{\mathrm{i}} a pour expression :

vi=yi+1yiti+1ti.v_{\mathrm{i}}=\dfrac{y_{\mathrm{i}+1}-y_{\mathrm{i}}}{t_{\mathrm{i}+1}-t_{\mathrm{i}}}.


PC1.18.INF14_retouche

On étire ensuite le calcul pour toute la colonne.

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