Vérification graphique de la 2^ème loi de Newton (TP)

1-Description de la manipulation et objectif du TP:

Un mobile autoporteur se déplace sans frottements sur une table horizontale .Il est relié par un ressort R à un point fixe O.

On donne : masse de l’objet : 200g ; raideur du ressort : k=20,0N.m^-1.

Lorsque le ressort est horizontal mais non tendu (ressort « à vide »), le point G est à 10 cm de O.(figure 1).

Le mobile est lancé horizontalement dans une direction quelconque. En se déplaçant le mobile est soumis à la tension du ressort, force variable en direction et valeur (figure 2).

Un dispositif de marquage par étincelage électrique, placé au centre et sous le mobile inscrit la position du centre tous les 1/50^ème de seconde : l’intervalle de temps entre deux pointages successifs est donc : t=20ms.

Les points décrivent une trajectoire curviligne (voir son tracé ci-dessous).

Il s’agit de montrer qu’à tout instant, la relation vectorielle de Newton se vérifie, soit :

2-Protocole expérimental :

Un diaporama facilite sa compréhension. Pour y accéder cliquer sur le lien :

Diaporama construction graphique

Distribuer une copie de l’enregistrement de format A4 aux participants.

(Autre méthode possible :les points peuvent être reportés sur un calque placé sur l‘écran d’un ordinateur. Les points sont ensuite reportés sur une feuille blanche par les élèves sur le carreau de la salle de classe)

Se munir d’un crayon fin, d’une règle graduée et éventuellement d’un compas.

On choisira par exemple de représenter le vecteur accélération moyenne au point 10:

Evaluer les valeurs des vitesses v₁₁ et v₉, construire les vecteurs et ainsi que le vecteur somme : (avec le compas).en respectant une échelle choisie.

Calculer ensuite la valeur de l’accélération et construire le vecteur a₁₀

Echelles conseillées :pour les vecteurs vitesse : 1cm Û 0,20 m.s^-1 , pour les vecteurs accélération : 1 cm Û 2 m.s^-2

Mesurer l’allongement Dl=(l-lo) du ressort au point 10 et en déduire la valeur de la force : F₁₀.=k.DL₁₀.

Faire le bilan des forces qui s’exercent sur le mobile en supposant les frottements nuls.

Tracer le vecteur et le comparer au vecteur .

Faire une construction de principe identique en deux autres points de la trajectoire.

Remarque : l’échelle de l’enregistrement de la trajectoire ci-dessous sera déterminée sachant que la distance réelle O M₁₁ est égale à 24,4cm.

Vous pouvez consulter la correction en cliquant sur le lien ci-dessous :

Vérification 2éme loi de Newton (correction TP)