Exercice sur la relativité du mouvement - Exercices corriges

LA RELATIVITE DU MOUVEMENT (TP). 1-Objectif :
Montrer que le mouvement et le repos sont relatifs à un référentiel.
Différencier les concepts de force et de vitesse :
-La vitesse ne nécessite pas obligatoirement une force (découverte du
principe d'inertie)
-Les forces n'agissent pas obligatoirement dans la direction du
mouvement.
Eventuellement : introduire la notion de référentiel d'inertie (ou
référentiel galiléen) et le principe de relativité de Galilée. 2-Connaissances requises :
Avoir défini un mouvement rectiligne et uniforme.
Notion de force ; le poids d'un corps.
Notion de vitesse. 3-Outils informatiques nécessaires :
Logiciel de pointage « Avistep » et d'une vidéo d'accompagnement : «12
vélo1.avi ».
(Appréciation personnelle de l'auteur de ces lignes :l'utilité pédagogique
de ce logiciel et sa simplicité d'utilisation sont particulièrement
remarquables ) 4- Déroulement de la séance de TP :
Ce paragraphe propose au professeur une démarche de questionnement à
réaliser devant ses élèves. Ces derniers devront formuler une ou plusieurs
hypothèses en précisant les arguments qui leur font choisir celles-ci.
Après ce travail, les élèves utiliseront eux-mêmes une vidéo et un logiciel
pour les vérifier (voir paragraphe 5).
Il s'agira ensuite d'interpréter les résultats en énonçant les lois sur le
mouvement et d'éliminer les hypothèses contraires aux lois. Où va tomber la balle ?
Un cycliste animé d'un mouvement rectiligne et uniforme, lâche une balle
sans la pousser (précision importante : il ne fait qu'ouvrir la main, il ne
lance pas la balle avec sa main !). Question :« Quelle sera la position de la balle à l'instant de son contact
avec le sol ?». Pour formuler cette question de façon plus claire, dessiner par exemple au
tableau la situation initiale (vélo à l'instant du lâcher de la balle) et
la situation finale (vélo à l'instant de prise de contact de la balle avec
le sol avant tout rebond !).
Demander à chaque élève de compléter le dessin en représentant la balle à
l'état final. (voir schéma ci-dessous)
Ce travail peut être aussi réalisé individuellement sur un document
distribué aux élèves et à compléter par eux. [pic]
Ce TP ayant été expérimenté, nous avons noté quelques réponses d'élèves
(débutants en physique) à la fin de ce document. 5-Vérification expérimentale des hypothèses proposées: Cliquer sur le lien ci-dessous, ouvrir le logiciel AVISTEP et charger la
vidéo « 12.vélo.AVI »
Dossier de clips vidéo avec logiciels de pointage Source : le document ci-après a été réalisé par Jean Claude Joubert
http://sciences-physiques.ac-dijon.fr/ 1- Étude du mouvement dE LA balle par rapport au sol
|ÉTAPE 1 : DÉFINIR L'ÉCHELLE |
| |
|[pic] |APRÈS AVOIR |
| |CHARGÉ LE |
| |FICHIER VIDÉO |
| |DÉSIRÉ (MENU |
| |FICHIER |
| |COMMANDE |
| |OUVRIR), AFIN |
| |DE POUVOIR |
| |OBTENIR DES |
| |MESURES |
| |RAPPORTÉES AU |
| |RÉEL, LE |
| |LOGICIEL DOIT |
| |POUVOIR |
| |CALCULER LE |
| |RAPPORT ENTRE |
| |LES MESURES SUR|
| |L'IMAGES ET LES|
| |GRANDEURS |
| |RÉELLES. |
| |Pour cela il |
| |suffit de |
| |cliquer sur le |
| |bouton Échelle.|
|[pic] |Après avoir |
| |cliqué au deux |
| |extrémités d'un|
| |segment de |
| |longueur connu,|
| |on informe le |
| |logiciel de la|
| |valeur de |
| |celle-ci. |
|Étape 2 : définir le référentiel - origine des axes |
|[pic] |Après avoir |
| |cliqué sur le |
| |bouton Origine |
| |des axes, faire|
| |avancer la |
| |vidéo jusqu'à |
| |la première |
| |image du |
| |mouvement, puis|
| |cliquer sur le |
| |point origine |
| |des axes. |
|Étape 3 : saisie des positions de la balle |
|[pic] |Cliquer sur le |
| |bouton |
| |permettant de |
| |poser des |
| |marques sur la |
| |trajectoire. |
| |Cliquer ensuite|
| |sur chaque |
| |position de la |
| |balle, la vidéo|
| |avançant |
| |automatiquement|
| |d'une image à |
| |chaque clic. |
|Étape 4 : observation de la trajectoire |
|[pic] |Il est possible|
| |d'observer la |
| |trajectoire |
| |seule, dans le |
| |système d'axe |
| |sélectionné. |
| |Menu Affichage |
| |commande Cacher|
| |image. | Revenir alors aux hypothèses proposées :
Faire constater la forme de la trajectoire parabolique et non verticale !
On peut alors donner l'explication : par rapport au référentiel « Terre »,
la balle possède bien une vitesse initiale horizontale. Le mouvement serait
analogue si la balle était lancée horizontalement par un expérimentateur
lié au sol qui communiquerait à la balle une vitesse égale à celle du vélo. 2- Étude du mouvement de la balle dans un référentiel lié au cycliste :
utilisation d'un calque virtuel

|Étape 1 : définir l'échelle (identique au cas précédent, cf ci-dessus) |
| |
|Étape 2 : choix d'un référentiel mobile |
|[pic] |Choisir le mode|
| |transparent en |
| |cliquant sur le|
| |bouton adéquat.|
| | |
| |Positionner |
| |l'origine des |
| |axes du calque |
| |sur l'élément |
| |désiré (ici le |
| |moyeu de la |
| |roue avant du |
| |vélo) |
| |Si nécessaire, |
|