T.P. de Physique

Étude d’un mouvement solide

A / Rappel de cours : relativité du mouvement et référentiel

1 / Relativité du mouvement

Lire le texte donné en annexe (ne pas répondre aux questions posées) et remplir le tableau ci-dessous :

Dans quelles conditions peut-on dire qu’un corps est en mouvement et que doit-on alors préciser ?

2 / Notion de référentiel

Il existe trois types de référentiels :

Référentiel terrestre (ou du laboratoire) :

Origine judicieusement choisie dans le laboratoire, trois directions orthogonales choisies arbitrairement. Il est utilisé pour l’étude des mouvements à la surface terrestre.

Référentiel géocentrique :

Origine au centre de la Terre, trois directions orthogonales données par trois étoiles lointaines (dont l’étoile polaire). Il est utilisé pour l’étude des mouvements des satellites de la Terre.

Référentiel héliocentrique (ou de Copernic) :

Origine au centre du Soleil et trois directions orthogonales données par trois étoiles lointaines supposées fixes. Il est utilisé pour l’étude des mouvements des planètes du système solaire.

3 / Repère d'espace

Pour repérer la position d'un mobile, il est nécessaire d'associer un repère au référentiel. Il existe différents types de repère.

Repère à une dimension :

Repère à deux dimensions :

Repère à trois dimensions :

B / Étude de mouvements pour un solide à l’aide du logiciel CD Movie

Protocole expérimental :

Aller dans le menu image puis série d’images et cliquer sur par nom de fichiers. Dans la fenêtre qui s’ouvre, faire défiler les films à l’aide de la flèche et choisir  : « CHLEGO.MOV ». Valider en cliquant sur OK. Visualiser la séquence vidéo, en cliquant sur cinéma dans la barre des menus puis quitter en cliquant sur la croix X se trouvant en haut à droite de la fenêtre vidéo.

Regarder (sans la modifier) dans préparer ? intervalle, la durée séparant deux images du film.

Dans le menu préparer ? nombre de points par image, entrer la valeur « 2 » puis valider OK pour sortir.

Aller dans le menu mesures et cliquer sur pointage. La première image du film s’affiche alors. Cliquer avec le bouton gauche de la souris sur les deux repères blancs. Recommencer l’opération avec les images suivantes qui se chargent automatiquement, en respectant toujours le même ordre. Après la dernière image, répondre non à la demande de sauvegarde. Le logiciel affiche alors les trajectoires des deux points.

Appeler le professeur pour vérification et utiliser alors la courbe donnée en annexe.

Indiquer la nature des deux trajectoires (centre de la roue et la jante).

Déterminer la vitesse des points 3 et 10 pour les deux courbes sachant que la durée entre deux points successifs est de 80 ms (voir menu préparer), et représenter alors les quatre vecteurs vitesses sur la courbe en prenant comme échelle 1 cm pour 0,1 m/s.

C / Étude d’un mouvement circulaire uniforme

Protocole expérimental :

On reprend le même protocole expérimental que pour le B/ en utilisant le fichier : « TOURDI.MOV » (effectuer le pointage que pour les 22 premiers points).

Appeler le professeur pour vérification et utiliser alors la courbe donnée en annexe.

1 / Tracé et étude du vecteur vitesse pour la position 4 des deux trajectoires

Tracer et mesurer les rayons Ra et Rb des deux trajectoires (Ra pour le cercle de plus faible rayon).

            Ra = ………….cm                                Rb = …………..cm

Calculer la valeur du vecteur vitesse (on rappelle que la durée entre deux points successifs est de 80 ms) pour la position 4 de chacune des deux trajectoires et tracer les vecteurs vitesses sur la courbe en prenant comme échelle 1 cm pour 0,1 m/s.

2 / Mesure de la vitesse angulaire

Calculer la vitesse angulaire pour la position 4 de chacune des deux trajectoires, et conclure.

On peut calculer directement la vitesse angulaire par la mesure des angles en radians (entre la position 3 et la position 5). Mesurer ?? dans chacun des cas (en utilisant un rapporteur) et en déduire la valeur de ?. Conclure.

3 / Autres unités pour la vitesse angulaire

L’unité scientifique pour la vitesse angulaire est le rad/s. L’unité pratique souvent utilisée est le nombre de tour par minute (tr/min).

Déterminer la relation entre la vitesse angulaire exprimée en tr/min et en rad/s.

Exprimer alors la vitesse angulaire en tr/min, et conclure.