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Grâce à l enregistrement vidéo de chocs et à l analyse du mouvement des objets pendant l expérience, on essaiera de dégager les lois qui régissent ces phénomènes. I) Principe d inertie - Lancer un mobile sur le banc à coussin d air. - Enregistrer son mouvement à l aide de la caméra vidéo (webcam, logiciel Philips VRecord) et placer l enregistrement dans un fichier. On pourra aussi parfois utiliser un fichier préenregistré. + Indiquer le nom du fichier vidéo dans votre compte-rendu. - À l aide de Numérisation ‘> Contrôle numérisation, ouvrir le fichier vidéo, agrandir l image au maximum et numériser les positions successives d un point facilement repérable du mobile en cliquant dessus tout en maintenant la touche Ctrl du clavier enfoncée (voir l aide dans Aide ‘> Numérisation). - À l aide du bouton droit de la souris, sans le relâcher, tracer un trait horizontal d un bout à l autre de l image du mobile. Mesurer avec une règle la longueur réelle du mobile. - Cliquer sur la case Vidéo afin de cacher l image et de ne voir que les points tracés. + Que penser du mouvement du mobile ? Imprimer le document et mesurer les distances entre les couples de points successifs. Cela confirme-t-il l impression précédente ? + Comment expliquer un tel mouvement ? + Énoncer le « principe d inertie ». + Mesurer la vitesse du mobile. - Reporter dans le champ Étalon de la fenêtre Contrôle numérisation la longueur réelle mesurée du mobile. Cette indication permet au logiciel de calculer les positions réelles du mobile. - Cliquer sur l'origine des axes et le placer sur le premier point numérisé. Orienter l axe horizontal dans le sens du mouvement. - Cliquer sur ‘> Exporter traj. 1. Les coordonnées des points numérisées apparaissent dans un texte. - Choisir dans le menu Hermès, Nouvelle feuille de calcul, puis Contrôle des calculs. Cliquer sur Lire les valeurs. Sélectionner la première valeur numérique du tableau de données numérisées. Choisir la première des trois colonnes (1 de 3) et cliquer sur Lire les valeurs. Dans le champ Nouvelle grandeur, taper t (temps) et cliquer sur Ajouter les valeurs. Faire de même avec la deuxième colonne, à ajouter dans la variable x (abscisse) et la troisième colonne, à ajouter dans la variable y (ordonnée). Cliquer sur Retour. Choisir t comme abscisse et x comme ordonnée et cliquer sur Tracer. Augmenter le nombre de graduations jusqu'à en avoir une vingtaine sur les deux axes. Ajouter une grille et préciser les unités sur les axes. Dupliquer le graphe et l'imprimer (menu Fichier). + Les points tracés sont-ils alignés ? Interpréter. + Écrire l expression littérale de la fonction x = f(t). + Déduire de la courbe la vitesse du mobile. Comparer la valeur obtenue avec le résultat précédent. - Ouvrir à nouveau la fenêtre de Contrôle des calculs et tracer le graphe. Cliquer sur Modélisation et choisir le modèle prédéfini correspondant à ce qui est observé. Observer l'expression du modèle choisi. + Quel paramètre du modèle représente la vitesse du mobile ? + Sélectionner ce paramètre dans le liste Paramètres et noter, dans le champ Valeur du paramètre, la valeur de la vitesse avec trois chiffres significatifs. Ne pas oublier d'indiquer l'unité du résultat. - Insérer le graphe dans votre compte-rendu. - Refaire le même travail pour y en fonction de t. Que peut-on déduire de l'observation des points et des valeurs de y ? Dans toute la suite, on utilisera cette technique d ajustement de fonction pour mesurer précisément les vitesses des mobiles. On n'oubliera pas, à chaque fois, de donner le nom du fichier vidéo utilisé. II) Chocs en mouvement rectiligne a) Chocs parfaitement mous On dit qu un choc est parfaitement mou lorsque, après le choc, les deux mobiles restent accrochés l un à l autre et se déplacent donc à la même vitesse. On obtiendra ici un choc mou en accrochant les deux mobiles entre eux grâce à deux rubans auto-agrippants. Dans tous les cas traités, le projectile cible sera immobile avant le choc. Pour chacun des cas suivants, on filmera le choc en s assurant d obtenir à peu près une dizaine d images avant et après le choc, on numérisera les positions du projectile avant le choc, puis celles après le choc, dans deux trajectoires différentes (consulter l aide). On en déduira la vitesse du projectile avant le choc, et celle de l ensemble projectile-cible après le choc. - Choc entre deux mobiles identiques - Choc entre deux mobiles de masses différentes. On choisira un projectile plus lourd que la cible.  Peser les deux mobiles, mesurer les vitesses et comparer dans chaque cas le rapport des vitesses et le rapport des masses en mouvement avant et après le choc. Conclure en exprimant la loi de conservation de la quantité de mouvement. b) Chocs élastiques Ici, le contact au cours du choc est assuré par deux élastiques. Après le choc, les deux mobiles rebondissent et n ont plus la même vitesse. Le travail à réaliser est pratiquement le même que précédemment. La cible est toujours immobile avant le choc et il y a maintenant trois vitesses à mesurer : celle du projectile avant le choc et après le choc, et celle de la cible après le choc. - Choc entre un projectile lourd et une cible plus légère - Choc entre un projectile léger et une cible plus lourde  La loi de conservation de la quantité de mouvement est-elle toujours vérifiée ? Comment doit-on l écrire maintenant ?  Que se passe-t-il si la cible a même masse que le projectile ? Essayer. c) Explosion Deux mobiles de masses différentes sont liés l un à l autre par un fil, alors que deux élastiques tendus entre eux les repoussent. Les deux mobiles étant au repos, on brûle le fil à l aide d un fer à souder. Les élastiques écartent les deux mobiles et le système « explose ». À partir de la loi de conservation de la quantité de mouvement et des masses des deux mobiles, prévoir la valeur du rapport des vitesses des deux mobiles après l explosion. Mesurer les deux vitesses et comparer leur rapport à la valeur précédente. Conclure. III) Centre d inertie D après le principe d inertie, un solide soumis à aucune force, ou à des forces qui se compensent, se déplace en ligne droite (mouvement rectiligne) et à vitesse constante (mouvement uniforme). Mais est-ce vrai pour tous les points de ce solide ? - Lancer sur la table à coussins d air horizontale un mobile autoporteur portant des marques en divers points de sa face supérieure, et filmer son déplacement vu de haut. - Numériser la trajectoire de plusieurs marques sur la vidéo agrandie au maximum. Observer les trajectoires sans afficher la vidéo. + Tous les points du mobile ont-ils un mouvement identique ? + Observer qu un point a un mouvement rectiligne uniforme : c est le centre d inertie du mobile. La quantité de mouvement d un solide est le produit de la masse de ce solide par la vitesse de son centre d inertie. IV) Chocs sur table à coussin d air - Filmer le choc élastique de deux modules autoporteurs sur la table à coussins d air horizontale. - Numériser les positions successives d un mobile sur une trajectoire, et de l autre mobile sur une deuxième trajectoire (vidéos agrandies au maximum). Tracer avec le bouton droit de la souris un diamètre d un mobile. Mesurer avec un règle la longueur réelle du diamètre. Cacher la vidéo et imprimer le document. - Déterminer sur le document imprimé les vitesses des deux mobiles avant et après le choc (pour plus de précision, on mesurera la distance parcourue sur plusieurs intervalles et on divisera par la durée correspondante). + Y a-t-il conservation de la quantité de mouvement ? - Tracer pour chaque mobile, avant et après le choc, un vecteur défini par : * direction : celle du mouvement ; * sens : celui du mouvement ; * longueur : le produit de la masse du mobile par la vitesse de son centre d inertie, multiplié par un facteur d échelle choisi pour obtenir des longueurs d une dizaine de centimètres ou un peu moins ; ce facteur d échelle doit rester le même pour tous les vecteurs.  On obtient pour les deux mobiles deux vecteurs avant le choc et deux vecteurs après le choc. - Construire en un point la somme vectorielle des deux premiers vecteurs et la somme des deux derniers en un autre point. Comparer les deux vecteurs obtenus. - Conclure. + Que peut-on appeler ici « quantité de mouvement » ? + Énoncer sa loi de conservation. ‚ñTextControllers.StdCtrlDescñTextControllers.ControllerDescñContainers.ControllerDescñControllers.ControllerDescò ‚òaYƒò?‚ò$ £ZPSÔ”‚ò *PS ø ø,›[ ø@‚ñDocuments.ControllerDescò ˜Ks '£€ü €ü Oh *˜