Physique-Chimie 1re Spécialité

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1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Composition chimique d'un système
Ch. 2
Composition chimique des solutions
Ch. 3
Évolution d'un système chimique
Ch. 4
Réactions d'oxydoréduction
Ch. 5
Détermination d'une quantité de matière par titrage
Livret Bac : Thème 1
Ch. 6
De la structure à la polarité d'une entité
Ch. 7
Interpréter les propriétés d’une espèce chimique
Ch. 8
Structure des entités organiques
Ch. 9
Synthèse d'espèces chimiques organiques
Ch. 10
Conversions d'énergie au cours d'une combustion
Livret Bac : Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Modélisation d'interactions fondamentales
Ch. 12
Description d'un fluide au repos
Livret Bac : Thème 2
3. L'énergie, conversions et transferts
Ch. 14
Études énergétiques en électricité
Ch. 15
Études énergétiques en mécanique
Livret Bac : Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 16
Ondes mécaniques
Ch. 17
Images et couleurs
Ch. 18
Modèles ondulatoire et particulaire de la lumière
Livret Bac : Thème 4
Méthode
Fiches méthode
Fiche méthode compétences
Annexes
Chapitre 13
Activité 2 - Activité expérimentale
80 min

Le champ de pesanteur

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Problématique de l'activité
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 ?
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Placeholder pour Le champ de pesanteur : chute d'une pommeLe champ de pesanteur : chute d'une pomme
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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 \vec{v} par rapport au temps est égale au champ de pesanteur \vec{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.
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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.
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Doc. 3
Calculer une vitesse en différents points

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

v_{\mathrm{i}}=\dfrac{y_{\mathrm{i}+1}-y_{\mathrm{i}}}{t_{\mathrm{i}+1}-t_{\mathrm{i}}}.


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On étire ensuite le calcul pour toute la colonne.
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Questions
Compétence(s)
REA : Effectuer des mesures
VAL : Identifier les sources d'erreurs
VAL : Précisions et incertitudes

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 des vidéos, proposer un protocole expérimental permettant d'obtenir les coordonnées en fonction du temps de deux objets de masses différentes tombant en chute libre.

Chute d'une balle.
Chute d'une boule de pétanque.

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

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

5. Doc. 1 On donne g_{\text{tabulée}} = 9,81 m·s-2. Comparer la valeur moyenne de \dfrac{\Delta{v}}{\Delta{t}} et g_{\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 ?
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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 ?
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