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Physique-Chimie 1re

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ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE


2
Le lancer de boîtes d’allumettes





Doc. 3
Matériel à disposition

  • Des boîtes d’allumettes ;
  • Une caméra ;
  • Un mètre étalon ;
  • Un ordinateur doté d'un logiciel d'acquisition vidéo ;
  • Un logiciel tableur-grapheur.

Doc. 1
Travail d’une force

Le travail WAB(F)\mathrm{W}_{\mathrm{AB}}(\vec{F}) d’une force constante F\vec{F} de même direction qu’un déplacement AB\overrightarrow{\mathrm{A} \mathrm{B}} s’exprime par :
WAB(F)=FAB=±ABFW_{\mathrm{AB}}(\vec{F})=\vec{F} \cdot \overrightarrow{\mathrm{AB}}=\pm \mathrm{AB} \cdot F

avec WAB(F)W_{\mathrm{AB}}(\vec{F}) en joule (J), F\vec{F} la force, AB\overrightarrow{\mathrm{A} \mathrm{B}} le vecteur déplacement et AB\text{AB} la distance entre A\text{A} et B\text{B} en mètre.

Le poids P\vec{P} et la force de frottement solide f\vec{f} sont des exemples de forces constantes.

Boîtes d’allumettes

Par intuition

Les forces de frottement sur la table dépendent-elles de la vitesse initiale ?

Doc. 4
Extraits du règlement officiel de la FILBA

Une partie se joue en 12 lancers, pour chacun des deux joueurs, répartis ainsi : 4 lancers à 1,00 m de l’extrémité de la table, 4 lancers à 1,50 m et 4 lancers à 2,00 m. Au moment du lancer, la main de lancer du joueur ne doit pas dépasser la ligne qui repère ces trois distances. Les boîtes d’allumettes doivent être identiques. Le joueur dont la boîte est la plus proche de l’extrémité de la table marque un point ; si la boîte tombe, il est pénalisé d’un point.

Questions

Voir les réponses
1. Définir le système et le référentiel de l’étude. Établir le bilan des forces s’appliquant sur le système et les représenter sur un schéma (on néglige toute action de l’air sur la boîte).
Couleurs
Formes
Dessinez ici


2. Doc. 1 Quelle force f\vec{f} permet à la boîte de s’arrêter ? Donner sa direction, son sens et l’expression du travail de cette force sur une distance d.d.


3. Doc. 2 En appliquant le théorème de l’énergie cinétique, exprimer la distance dd parcourue en fonction de la vitesse v0v_{0} de lancer de la boîte, sa masse mm et la valeur de la force f.\vec{f}.


4. Procéder à une acquisition vidéo de 7 ou 8 lancers avec une caméra placée en vue de dessus et avec un mètre étalon posé sur la table. Relever la distance parcourue par la boîte à chaque lancer.


5. Proposer un protocole pour déterminer, grâce au logiciel de pointage vidéo et au logiciel tableur-grapheur appropriés, les vitesses de lancer de chaque enregistrement.


6. Tracer la courbe d=f(v02)d=f(v_{0}^{2}) et faire une modélisation de cette courbe.
Lancer le module Geogebra

Sébastien et Emma souhaitent créer la Fédération internationale du lancer de boîtes d’allumettes (FILBA). Le jeu consiste à lancer à plat une boîte d’allumettes depuis le bout d’une longue table pour s’approcher le plus près possible de l’autre extrémité de la table sans qu’elle tombe.

➜ Quel est le lien entre la vitesse initiale à donner à la boîte et la distance qu’elle parcourt sur la table ?


Synthèse de l'activité

Voir les réponses
Pour une distance qui serait doublée, par quel coefficient faut-il multiplier la vitesse de lancer pour que la boîte s’arrête au même point de la table ?

Supplément numérique







Acquisitions vidéo des lancers.

Compétences

RAI/MOD : Utiliser avec rigueur le modèle de l’énergie

MATH : Utiliser le produit scalaire

MATH : Utiliser un langage de programmation

Doc. 2
Théorème de l’énergie cinétique

La variation de l’énergie cinétique d’un système de masse mm entre un point A\text{A} et un point B\text{B} est égale à la somme du travail des forces extérieures agissant sur le système :

ΔEc(AB)=Ec(B)Ec(A)=WAB(F)\Delta E_{\mathrm{c}}(\mathrm{A} \rightarrow \mathrm{B})=E_{\mathrm{c}}(\mathrm{B})-E_{\mathrm{c}}(\mathrm{A})=\sum \mathrm{W}_{\mathrm{AB}}(\vec{F})

avec EcE_{\mathrm{c}} et WAB(F)W_{\mathrm{AB}}(\vec{F}) en joule (J).
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