Question 1

FICHE 1
Fiche à destination des enseignants
1S 15
Volant de badminton en perte d'énergie ?
|Type |Activité expérimentale |
|d'activité | |
| | | |
| |Notions et contenus du |Compétences attendues du |
| |programme de 1ère S |programme de 1ère S |
| | | |
| |Énergie d'un point matériel en|Connaître et utiliser |
| |mouvement dans le champ de |l'expression de l'énergie |
| |pesanteur uniforme : énergie |cinétique d'un solide en |
| |cinétique, énergie potentielle|translation et de l'énergie |
| |de pesanteur, conservation ou |potentielle de pesanteur d'un |
| |non conservation de l'énergie |solide au voisinage de la Terre. |
| |mécanique. | |
| | |Réaliser et exploiter un |
| |Frottements ; transferts |enregistrement pour étudier |
| |thermiques ; dissipation |l'évolution de l'énergie |
| |d'énergie. |cinétique, de l'énergie |
| | |potentielle et de l'énergie |
| | |mécanique d'un système au cours |
| | |d'un mouvement. |
| | |
| |Compétences liées aux activités expérimentales testées dans ce |
| |sujet |
| | |
| |Comprendre un énoncé, une consigne |
| |Rédiger un texte correctement écrit |
| |Rechercher, extraire et organiser l'information utile : |
| |reformuler, traduire, utiliser un tableur |
| |Suivre un protocole |
| |Utiliser une formule |
| |Mettre en ?uvre un raisonnement, une méthode |
| |Présenter les résultats obtenus |
| |Émettre une hypothèse |
|Commentaires | |
|sur |Cette activité expérimentale illustre la partie « COMPRENDRE » |
|l'exercice | |
|proposé |et la sous-partie « Formes et principe de conservation de |
| |l'énergie » |
| | |
| |du programme de 1ère S. |
|Conditions de| |
|mise en ?uvre|Durée : 1 h 30 en salle informatisée. |
|Remarques | |
| |Cette activité expérimentale constitue un prolongement du thème |
| |« Pratique du Sport » abordé en classe de Seconde. |
| | |
| |La feuille « Pour aller plus loin » sera distribuée une fois que |
| |la diminution de l'énergie mécanique aura été constatée par |
| |l'élève en fin de séance. |
FICHE 2 1 Texte à distribuer aux élèves 1S 15
Volant de badminton en perte d'énergie ? Des élèves de Seconde ont vu dans le thème « Pratique du sport » de leur
programme de physique - chimie qu'il est possible d'analyser des
mouvements ; ils décident donc de réaliser au cours d'une séance d'E.P.S.
la vidéo du lancer d'un volant de badminton. Leur professeur d'E.P.S. leur
dit que cette démarche est très intéressante pour améliorer leurs
performances et qu'en plus, ils vont pouvoir étudier l'évolution de
l'énergie du volant au cours de son mouvement.
Comme ils ne savent pas comment faire, ils se tournent vers les
scientifiques que vous êtes et vous demandent comment on pourrait procéder
...
2 Question 1
Dans l'expression « évolution de l'énergie du volant », de quelle forme
d'énergie peut-il s'agir ? Cocher les bonnes réponses :
A. Énergie électrique
B. Énergie cinétique
C. Énergie potentielle de pesanteur
D. Énergie mécanique
E. Énergie chimique
F. Énergie nucléaire
3
4 Question 2
A l'aide d'un logiciel de pointage, on peut obtenir, pour chaque image de
la vidéo, les coordonnées du centre de gravité G du volant (assimilé au
centre de la tête du volant) dans le repère (Ox, Oy) du schéma ci-contre.
Le point O correspond à la position G1 du centre de gravité sur la première
image.
A partir du tableau des coordonnées de G, expliquez la démarche que vous
pourriez suivre sans développer de formule pour savoir si le volant perd de
l'énergie :
5 Traitement de la vidéo :
Réalisez le traitement de la vidéo de la manière suivante :
. Ouvrir le logiciel de pointage Aviméca. Pour cela, aller dans le
dossier xxxx et ouvrir Aviméca2.
. Dans le menu, choisir Fichiers [pic] ouvrir un clip vidéo [pic]
regarder dans le dossier xxxx et ouvrir le fichier avi : Vidéo
volant.avi.
. Faire jouer plusieurs fois le clip vidéo avec la flèche verte Lecture
en bas à gauche.
. Pour avoir une meilleure précision, il faut augmenter la taille du
clip vidéo. Pour cela, cliquer sur l'onglet « clip » puis « adapter ».
Imposer un film grossi à 180 %.
. Se positionner sur l'image 1 et choisir cette image comme origine des
dates.
. Aller à droite dans l'onglet Etalonnage :
[pic] Cocher Origine et Sens :
Choisir un axe horizontal orienté de gauche à droite et un axe vertical
orienté de bas en haut.
Cliquer sur le centre de la tête du volant : un repère s'affiche.
[pic] Cocher Échelle : Cliquer sur l'extrémité inférieure de la règle.
Cocher "2ème point" et cliquer sur l'extrémité
supérieure de la règle.
Entrer la valeur 1,00 dans le cadre vert
correspondant à une longueur de 1,00 m pour la règle
jaune placée verticalement, à droite de l'image. . Aller dans l'onglet Mesures.
. Sélectionner la première image. Avec le pointeur, cliquer précisément
sur le centre de la tête du volant : on passe alors à l'image
suivante. Répéter l'opération jusqu'à l'image n°23. Les coordonnées
des points correspondant aux positions successives du volant sont
affichées dans le tableau. 6 Question 3
Quel est l'intervalle de temps ? séparant 2 images successives ?
En déduire le nombre, N, d'images par seconde que la caméra a dû prendre
lors de la réalisation du film.
7 Exploitation des résultats :
. Copier les données dans le presse-papiers.
. Ouvrir le fichier Excel volant ; coller les données dans les 3
premières colonnes, sous les cases t (s), x (m) et y (m) : se placer
dans la cellule A3 et faire clic droit / coller.
. Supprimer les 3 premières lignes inutiles : sélectionner les lignes 3,
4 et 5 puis effectuer un clic droit et sélectionner « supprimer ».
. La formule permettant de calculer la vitesse v du volant en m.s-1 a
déjà été entrée dans la 4ème colonne.
8 Question 4 Les formules permettant de calculer les 3 énergies Ep, EC et Em sont les
suivantes :
Ep = mgy ; EC = ½ mv² et Em = Ep + EC .
Données : masse m = 5,7g g= 9,81 m.s-2
Compléter le tableau suivant en écrivant dans la ligne « 4 » les formules
de calcul que vous entrez à l'aide des données de la question précédente : | |E |F |G |
|2 |Ep (J) |Ec (J) |Em (J) |
|4 | = | = | = |
. Entrer ces formules dans les cellules E4, F4 et G4 correspondant à
l'instant t = 0,040s.
. Sélectionner les cellules E4, F4, G4 et recopier les formules en
faisant un cliquer-glisser jusqu'à l'avant-dernière ligne du tableau. . Afficher le graphe donnant l'évolution des énergies Ep, Ec et Em au
cours du temps en cliquant sur l'onglet Graph1.
. Imprimer le tableau de résultats et les courbes tracées. 9 Question 5
Commentez la courbe de l'énergie mécanique : 10 Question 6
Argumentez pour conclure quant à la conservation ou non de l'énergie
mécanique d'un volant de badminton au cours de son mouvement :
11
La formule entrée pour la vitesse dans la 4ème colonne du tableau
correspond à celle donnée ci-dessous où vi la valeur de la vitesse à
l'instant ti :
[pic]
12 Question 7
Vous devez expliquer cette formule à l'un de vos camarades. Écrivez ci-
dessous les