T.P. de Physique – Les forces

A / Effets d’une force

Expérience 1 :

Exercer une force sur la pâte à modeler. Quel est l'effet produit ?

Expérience 2 :

Lâcher la pâte à modeler sans vitesse initiale d'une hauteur d'environ un mètre. Quelle force agit alors sur la pâte à modeler ? Quel est l'effet produit ?

Expérience 3 :

Lancer la pâte à modeler doucement en lui communiquant une vitesse dont la direction fait un angle a (environ 45°) avec l'horizontale. Quelle force agit alors sur la pâte à modeler ? Quel est l'effet produit ?

B / Étude du poids d’un corps

Expérience 1 :

Suspendre un morceau de pâte à modeler au dynamomètre de 1 N et relever son poids (valeur indiquée par le dynamomètre). Fractionner le morceau de pâte à modeler en deux parties différentes et relever leurs poids respectifs. Quel constat peut-on faire ?

Parmi les mots suivants, entourer le ou les adjectifs qui conviennent pour caractériser le poids : dense, localisée, lourd, à distance, répartie, de contact. Justifier vos choix.

Expérience 2 :

Suspendre une masse de 100 g à l’aide d’un fil au support (pied + pince) et placer un morceau de pâte à modeler sur la paillasse à la verticale de la masse (entre 10 et 15 cm en dessous de la masse). Couper le fil. A quelle action la masse est-elle soumise lorsque le fil est coupé ? En déduire la direction et le sens du vecteur poids.

Expérience 3 :

Suspendre l'objet en carton (carré de 8 cm de côtés) à l'aide d'un fil sur le support. Tracer la verticale du point de suspension à l'aide du fil à plomb. Reproduire l’expérience pour deux positions différentes. En déduire la position du point d'application du poids (aide : tracé les deux diagonales du carré).

Expérience 4 : relation entre poids et masse

Suspendre successivement les masses marquées de 20 g à 300 g et mesurer les valeurs de P (poids) correspondantes en choisissant le bon dynamomètre (entre celui de 1 N, 2 N, et 5 N). Remplir alors le tableau ci-dessous :

Saisir alors les valeurs de m et de P sur l'ordinateur (utiliser le logiciel « Regressi »). Tracer le graphe P = f ( m ). Le graphe obtenu doit être une droite passant par l'origine dont on déterminera le coefficient directeur g en modélisant la courbe. Imprimer votre courbe avec la modélisation. En déduire l'expression littérale de P en fonction de m, et la valeur de l’intensité de la pesanteur.

B / Équilibre d’un corps soumis à deux forces

On veut mettre en évidence expérimentalement les conditions d’équilibre d’un solide soumis à deux forces.

Expérience 1 :

Suspendre une masse m ( m = 100 g ) a un dynamomètre de 2 N, et noter la valeur indiquée par celui-ci.

            T = …………N

Calculer le poids de la masse de 100 g (expression et calcul). On prendra g = 10 N/kg comme valeur pour l’intensité de la pesanteur.

Que peut-on dire sur ces deux forces (poids et tension du dynamomètre) concernant leurs directions, sens, et intensités.

La masse de 100 g étant à l’équilibre (immobile), énoncer les conditions d’équilibre pour un solide soumis à deux forces.

C / Équilibre d’un corps soumis à trois forces

Expérience 1 :

Suspendre par un fil la masse m à une poulie. L’autre extrémité du fil est relié au dynamomètre (le tenir pour effectuer la mesure). Noter la valeur indiquée par le dynamomètre et montrer que la poulie « transmet » la valeur de la force appliquée à l’extrémité du fil.

            T = ………..N

Expérience 2 :

Disposer les deux poulies de façon quelconque (obligatoirement sur les côtés), et remplacer la troisième poulie par une masse simplement suspendue. Suspendre trois masses (deux de 100 g avec les poulies et la troisième de 50 g) aux extrémités des ficelles de façon à maintenir l’anneau en équilibre (vérifier que les fils tendus et l’anneau sont situés dans le même plan).

Schéma :

Reproduire le schéma du montage à l’identique en fixant une feuille avec un aimant sur le support et représenter en les nommant les forces qui s’appliquent sur l’anneau (on suppose la masse de l’anneau comme négligeable).

Noter sur la feuille la valeur des trois forces de tension en supposant qu’elles sont égales au poids des masses suspendues (on prendra g = 10 N/kg).

Prolonger les trois droites (sur le schéma) qui supportent les trois forces de tension, et vérifier que ces droites sont concourantes en un point O (à priori le centre de l’anneau).

Représenter sur le schéma les trois forces de tension à partir de O, en précisant et en notant l’échelle.

Représenter la force résultante R = T₁ + T₂ (tension exercée par les deux poulies) sur la feuille, et la comparer à T₃.

A partir de cet équilibre, énoncer les conditions d’équilibre pour un corps soumis à trois forces.