mouvement champ de pesanteur uniforme: Champ de pesanteur exercice I*

Champ de pesanteur exercice I*

EXERCICE I

Chute libre avec vitesse initiale quelconque

1/ Un projectile est lancé à partir d'un point o,origine d'un repère.

Le vecteur vitesse initiale est dans le plan et fait un angle a avec , vecteur unitaire appartenant au plan horizontal de côte zéro; le champ de pesanteur est

Les équations du mouvement s'écrivent:

a) Déterminer l'équation de la trajectoire du mobile.

b) Calculer la flèche, c'est-à-dire l'altitude z_M maximale atteinte.

c) Calculer la portée, c'est-à-dire l'abscisse du point où la trajectoire recoupe l'axe (x'x) .

d) Pour quelle valeur de a la portée est-elle maximale?

2/ La « grosse Bertha », utilisée par les artilleurs allemands en 1918 pour bombarder Paris, avait une portée maximale de 120 km pour un angle de tir égal à 45°.
En utilisant les résultats de l'exercice précédent:

a) Déterminer la vitesse théorique de l'obus de masse 104 kg à la sortie du fût.

b) Déterminer la flèche théorique.

c) En réalité, la vitesse à la sortie du fût était de 1 600 m.s^-1 et la flèche de 19 000 m. Conclure.

3/ Plan incliné

Un mobile de masse m peut glisser sans frottements sur un plan incliné d'un angle a par rapport à l'horizontale.

Lancé avec un vecteur vitesse initiale faisant un angle b avec les horizontales du plan, il est animé d'un mouvement de translation.

a) - Effectuer le bilan des forces appliquées au solide.

- Exprimer le vecteur accélération.

- Quelle est la nature du mouvement?

b) Soit un repère orthonormal avec:
- horizontal et

- parallèle aux lignes de plus grande pente et orienté vers le haut;

normal au plan et orienté vers le haut;

- O est la position initiale du centre d'inertie.

- Donner les équations horaires du mouvement dans ce repère.

- En déduire l'équation de la trajectoire du centre d'inertie.

Indiquer la nature de la trajectoire.

c) - Choisir vo_x = 10 m .s ^-¹ et compléter le tableau ci -dessous à l'aide du logiciel:

Vo_z	flèche	portée	t_m
(m.s^-^l)	(m)	(m)	(s)
10
20
30
40
50

- Quelle particularité constate-t-on, concernant la flèche de la trajectoire? Justifier- la.

Mêmes questions pour la portée et pour la date t_m

d) - À quelle date le centre d'inertie est-il au sommet sa trajectoire ?

- Quelles sont alors ses coordonnées?
Données: = 20° ; = 40° et v_o = 2 m.s^-1 .

réponse.

UTILISATION DES ACQUIS

4/ Lancement d'une fléchette

Un expérimentateur étudie le mouvement du centre d'inertie G d'une fléchette sortant de l'extrémité du canon d'un pistolet. Lorsque la fléchette sort du canon, le centre d'inertie passe en A avec une vitesse initiale

de valeur vo indépendante de l'orientation du canon dans l'espace

Donnée: g = 10 m.s- 2 .

a) A₂ Étude théorique, dans le repère , établir les équations paramétriques x(t) et y(t) du centre d'inertie G de la fléchette animée d'une vitesse initiale faisant un angle a avec l'horizontale (à l' origine des dates, G est en A). En déduire l'équation de la trajectoire.

$Description : C:\Users\LAETITIA EDUCMAD\Documents\ANNEE 2013\DOCUMENTS MEDIATHEQUE 2013\M.RIVO\livre scaner\Nouveau dossier\Scan0023.jpg$

b) Tirs expérimentaux

Pour déterminer vo, un expérimentateur fait les deux essais suivants:

- C₁ Tir vertical

Le canon du pistolet est vertical et son extrémité A située à h₁ = 2,05 m du sol. L'expérimentateur tire vers le haut et constate que la fléchette tombe sur le sol 4,1s :
après son départ. Calculer v_o.

- C₁ Tir horizontal

Le canon est horizontal, son extrémité A est à une altitude h₂ = 1,5 m d'un point 0 du sol situé sur la verticale de A . L'expérimentateur tire et constate que la fléchette tombe sur le sol horizontal en un point B
que OB = L = 10,95 m. Calculer v_o.

5 / Sur un plan incliné

Sur un plan incliné d'un angle a par rapport à l'horizontale, un mobile de masse m glisse sans frottements. Le mobile est lancé avec une vitesse initiale faisant angle b avec une direction horizontale du plan incliné
On désigne par A la position initiale du centre d'inertie, dont le mouvement est repérée par une table à digitaliser.

Les coordonnées du centre d'inertie, dans le repère avec dirigé selon l'horizontale du plan et selon la ligne de plus grande pente et vers le haut, sont saisies par un ordinateur qui calcule en outre les valeurs des coordonnées du vecteur vitesse à différentes dates.

a) Exprimer l'accélération du centre d'inertie du mobile, puis les équations horaires du mouvement.

b) Déterminer l'équation de la trajectoire.

c) L’ordinateur donne:

A la date 0,1s : x= 5,64 cm, y= 3,96 cm,

V_x = 0,564 m.s^-1 et V_y= 0,229 m.s^-1;

A la date 0,3s: x = 16,92 cm, y = 18,45 cm,
v_x = 0,564m.s^-1 et V_y=- 0,441m.s^-1.
A partir de ces données, calculer les valeurs de la vitesse initiale V_c de l'angle b et de l’angle a.

6/ Mouvement d'une luge

$Description : C:\Users\LAETITIA EDUCMAD\Documents\ANNEE 2013\DOCUMENTS MEDIATHEQUE 2013\M.RIVO\livre scaner\Nouveau dossier\Scan0024.jpg$
Une luge part sans vitesse initiale et glisse sans frottements le long d'une piste rectiligne AB de longueur 1 faisant un angle a = 20° avec le plan horizontal.

1) Représenter les forces appliquées à la luge lors de ce mouvement.

Quelle est la nature de ce dernier? Exprimer son accélération

2) Préciser la direction et le sens du vecteur vitesse de la luge au point B.

Exprimer en fonction de g, a et l.

La luge quitte la piste en B avec la vitesse et tombe en chute libre sur le sol horizontal.

a) Établir l'équation de la trajectoire du centre d'inertie de la luge dans le repère indiqué sur la figure (attention (B_y) est orienté vers le bas.

b) On donne BB' = h = 1,2 m . Calculer la longueur l que le mobile a parcourue sur le plan incliné, sachant qu’il touche le sol en un point C tel que B'C = d = 1 m.

7/ Le joueur de tennis

Dans tout l'exercice la balle de tennis sera assimilée à un point matériel, on négligera la résistance de l'air sur la balle et l’on supposera la surface de jeu parfaitement horizontale. Un joueur de tennis, situé dans la partie I du court, tente de lober son adversaire (faire passer la balle au- dessus de ce dernier).

Celui-ci est situé à une distance d = 2,00 m derrière le filet, dans la partie II du court, juste en face du joueur. Le joueur frappe la balle alors que celle-ci est en 0, à la distance D= 9,00 m du filet et à la hauteur h = 0,500 m au-dessus du sol. La balle part avec une vitesse (v_o= 12,0 m.s-¹) inclinée d'un angle a=60° par rapport au sol, dans le plan perpendiculaire au filet (plan de
la figure ci-dessous).

Donnée: g=9,80m.s-².

$Description : C:\Users\LAETITIA EDUCMAD\Documents\ANNEE 2013\DOCUMENTS MEDIATHEQUE 2013\M.RIVO\livre scaner\Nouveau dossier\Scan0024.jpg$

1) a) Établir, dans le repère , l'équation littérale de la trajectoire de la balle, après le choc sur la raquette.

b) En utilisant les valeurs numériques du texte, écrire l'équation y(x). Elle sera utilisée pour résoudre la suite de l'exercice.

2) L'adversaire tient sa raquette à bout de bras et en sautant, elle atteint au maximum la hauteur H = 2,50 m par rapport au sol. Peut-il intercepter la balle?

Quelle distance sépare alors la balle et l'extrémité supérieure de la raquette?

3) La ligne de fond étant à la distance L = 12,0 m du filet, la balle peut-elle retomber dans la surface de jeu? (Autrement dit, le lob est-il réussi ?)

Modifié le: Thursday 21 July 2016, 10:26

Séquence 4: Mouvement du solide dans le champ de pesanteur uniforme

Champ de pesanteur exercice I*