II Oscillations - Exercices corriges

Mécanique
Paul Tibérini chap 1. Les interactions fondamentales (3 hce, 1 TP) 21 Activité (0.5 h) 21 Cours (2.5h) 30 TP : interaction électrostatique (2h) 33 chap 2. Mouvement d'un solide 4 Activité mvt solide indéformable 13 Cours 10 TP1 : Mouvement d'un solide indéformable 4 TP2 : Mouvement de rotation 18 Autre Tp : Vitesse et centre d'inertie 19 chap 3. Forces macroscopique et équilibre d'un solide 4 Activités 39 Cours : forces macroscopiques et équilibre 44 TP : Comment faire l'inventaire des forces responsables du mouvement d'un
objet ? 49 TP 4 Solide sur un plan incliné 52 TP Equilibre d'un solide 54 TP Equilibre d'un solide 54 TP Equilibre d'un solide 54 52 TP n° 4 - Force et mouvement. 55 Exercices 58 chap 4. Les lois de Newton 59 Activités 59 Cours. Les lois de Newton 68 TP :Mvt d'un solide sur une table inclinée 70 chap 5. Travail d'une force 72 Travail d'une force 72 Travail d'une force constante 72 Puissance 73 TP Travail d'une force 74 TP Travail d'une force 74 chap 6. L'énergie 75 Cours 75 Activités 76 chap 7. Transferts d'énergie par travail 82 chap 8. Le transfert d'énergie par la chaleur 84 TP. Plan incliné 87 TP. Plan incliné 87 chap 9. Formes et transferts d'énergie (complément prof) 88 Pourquoi cette partie ? 88 Informations pour la préparation de la partie 88 Activité preliminaire 88 Pourquoi cette activité ? 88 Informations pour la préparation de l'activité 88 ACTIVITé 1 88 Pourquoi cette activité ? 88 Informations pour la préparation de l'activité 89 Informations sur le comportement des élèves et sur la façon de prendre en
compte leurs difficultés 89 Commentaires sur le savoir à enseigner et information sur le contenu
disciplinaire 89 Corrigé 89 Activité 2 90 Pourquoi cette activité ? 90 Informations sur le comportement des élèves et sur la façon de prendre en
compte leurs difficultés 90 Corrigé 90 Activité 3 90 Pourquoi cette activité ? 90 Informations sur le comportement des élèves et sur la façon de prendre en
compte leurs difficultés 91 Commentaires sur le savoir à enseigner et information sur le contenu
disciplinaire 91 Corrigé 91 chap 10. Le travail : transferts et changements de forme de l'énergie 92 Activités 92 Cours : Compléments au modèle de l'énergie 97 chap 11. Transfert d'énergie complément prof 99 Pourquoi cette partie ? 99 Informations pour la préparation de la partie 100 ACTIVITé 1 100 Pourquoi cette activité ? 100 Informations pour la préparation de l'activité 100 Informations sur le comportement des élèves et sur la façon de prendre en
compte leurs difficultés 100 Corrigé 100 Activité 2 : étude de la situation d'un point de vue énergétique 101 Pourquoi cette activité ? 101 Informations pour la préparation de l'activité 101 Commentaires sur le savoir à enseigner et information sur le contenu
disciplinaire 101 Informations sur le comportement des élèves et sur la façon de prendre en
compte leurs difficultés 102 Corrigé 103 Activité 3 104 Pourquoi cette activité ? 104 Informations sur le comportement des élèves et sur la façon de prendre en
compte leurs difficultés 104 Corrigé 104 chap 12. Transferts thermiques ? 105 Mouvement d'un solide
TP1 : Mouvement d'un solide indéformable
1 Vitesse du solide
1 Travail en groupe (4) (45 minutes environ) ? Faites rouler la bille de façon qu'elle se déplace à vitesse constante
(vous pouvez améliorer le dispositif expérimental)
? Effectuez les mesures qui confirment que la vitesse est constante
1. Décrire, en vous aidant d'un schéma, la méthode expérimentale.
2. Notez toutes les mesures effectuées et indiquez celle qui vous semble la
plus exacte
3. En vous aidant du modèle, représentez la vitesse de la bille en
plusieurs points (vous préciserez l'échelle)
4. Représentez sur un graphe la distance parcourue (ordonnées) en fonction
du temps (abscisse)
5. Quelle propriété possède la courbe obtenue, mesurez la valeur qui la
caractérise et comparez la avec la vitesse. 2 Travail personnel (15 minutes environ) On réalise des expériences utilisant le même matériel que ci-dessus, la
gouttière étant inclinée. Pour différentes inclinaisons, on obtient les
temps de passage par des points situés à 40 cm les uns des autres.
| |O |A1 |A2 |A3 |A4 |
|Première |0 |0.97 |1.37 |1.68 |1.93 |
|inclinaison | | | | | |
|Deuxième |0 |0.68 |0.97 |1.18 |1.37 |
|inclinaison | | | | | |
|Troisième |0 |0.18 |0.38 |0.63 |1.00 |
|inclinaison | | | | | |
1. Indiquez si la bille a parcouru la gouttière dans le sens de la montée
ou de la descente
2. Pour quelle expérience l'inclinaison est-elle la plus grande (dans le
cas où la bille glisser vers le bas) ? Pourquoi ? 2 Centre d'inertie
1 Travail en groupe (15 minutes environ) ? Lancez une plaque de forme non rectangulaire verticalement en la faisant
tourner sur elle-même
? Un point du solide décrit le mouvement le plus simple. Placez une
pastille collante pour
matérialiser ce point et placez en une autre ailleurs.
1. Décrire et représentez la trajectoire du premier point choisi
2. Décrire le mouvement de l'autre point.
3. Quelle information perd-on si on se limite au mouvement du premier point
?
4. On s'intéresse maintenant à la plaque rectangulaire, quel point
choisiriez vous pour décrire le plus simplement possible le mouvement du
solide ?
? Faites l'expérience pour vérifier votre réponse ; proposez une méthode
pour matérialiser la trajectoire. 2 Travail personnel (10 minutes environ) Le document ci joint (doc. 1) a été réalisé en photographiant, à intervalle
de temps constants, le mouvement d'une règle en train de tomber.
1. Représentez la trajectoire du centre d'inertie
2. Quelle est le nom de la courbe obtenue 3 Rotation
1 Travail personnel (25 minutes environ) Le document ci-joint (doc. 2) représente l'enregistrement des positions
d'une règle vue de dessus et fixée en un point O
Mouvement du point P1
1. Représentez la vitesse du point P1, lorsque la règle est dans la
position 4, puis en position 6.
2. Qualifiez, en utilisant le texte du modèle, le mouvement de P1
3. Donnez d'autres exemples de ce type de mouvement.
Mouvement de P2
1. Représentez la vitesse du point P2, lorsque la règle est dans la
position 4, puis en position 6.
2. A l'aide du modèle et de vos mesures, calculez :
- la vitesse angulaire de P1 en position 4
- la vitesse angulaire de P2 en position 4, ce résultat était il prévisible
?
3. En utilisant la relation entre l'arc et l'angle, trouvez le lien
existant entre la valeur de la vitesse V et celle de la vitesse angulaire
?, pour un point donné.
4 Translation (s'il vous reste du temps) Travail en groupe
1.Proposez des exemples d'objets en mouvement de translation
2. Représentez l'un de ces objets ainsi que la vitesse de deux de ses
points à différents instants.
3.Pour chaque situation, dire si l'objet est en mouvement de translation,
justifiez avec le modèle.
- une personnel assise dans une voiture en virage
- une personnel assise dans une voiture qui accélère
- un planeur qui atterrit
- une personne assise dans la nacelle d'une grande roue.
[pic]
[pic] Eléments de correction du TP
1) Vitesse du solide Si la vitesse est constante, la bille parcourt pendant des temps égaux
des espaces égaux. Pour juger de l'uniformité du mouvement il suffit donc
de mesurer les temps de passages successifs, par exemple aux abscisses, 0,
50cm, 1m,1.5m et 2m.
Pour évaluer une vitesse, on choisit deux points qui encadrent le point
où elle doit être mesurée. Ainsi pour mesurer la vitesse à l'abscisse 0,5m
on choisira les passages à 0m et à 1m. Il est clair que la vitesse ne peut
pas être mesurée aux deux extrémités de la règle.
Pour peut en plus des mesures précédentes qui se rapprochent des vitesses
instantanées, faire une évaluation de la vitesse moyenne de parcours du
rail, qui sera le rapport de la distance totale, 2m, par le temps de
parcourt total, t2-t0.
Si l'on représente les distances parcourues en fonction du temps on doit
obtenir une droite. Le coefficient directeur de cette droite est la vitesse
instantanée de la bille en chaque point du rail.
Dés lors, parmi les vitesses précédentes, celle qui est la meilleure est
celle qui se rapproche le plus du coefficient directeur de la droite. Je
vous rappelle que la régression linéaire est un outil puissant !
Pour représenter les vecteurs, on trace un segment, porté par la
trajectoire, le rail, dans le sens du mouvement et dont la longueur est
égale, compte tenu de l'échelle choisie, à la vitesse mesurée.
Pendant le mouvement, la bille peut accélérer ou ralentir selon que le
rail est incliné dans un sens ou dans l'autre mais aussi en fonction des
frottements. Il suffit d'incliner très légèrement le rail pour que la pente
compense les frottements de la bille, mais ceux-ci sont très faible : c'est
un roulement acier sur acier !
[pic]
Les première et deuxième séries de données correspondent à des descentes
car les temps de parcours sont de plus en plus courts. Pour la deuxième
série, le rail est plus incliné puisque le point 1,6m est obtenu