T.P. de Physique

Etude de la chute d’un corps

Lancement de projectile

Objectifs :

. Etudier l’influence de la vitesse initiale sur la chute d’un corps.

. Expliquer la nature de la trajectoire de la Lune autour de la Terre.

A / Vitesse initiale et chute d’un corps

1 / Chute d’un corps sans vitesse initiale

. Lancer le logiciel « DYNAMIC ».

. Choisir une échelle dans la palette dessin (prendre 1 cm pour 1 m) et valider.

. Placer l’origine du repère G (icône origine dans la palette dessin) dans la partie supérieure et centrale de l’écran.

. Tracer les axes x,y (icône axe dans la palette dessin).

. Définir le champ de pesanteur g (menu : champ : g).

. Modifier les paramètres du mouvement (menu : initialiser : paramètre)

                dt = 0,1 s (intervalle entre deux positions successives).

                m = 0,1 kg (masse de l’objet).

. Lancé le lancer de la trajectoire (menu : trajectoire : tracé).

1 ) En observant la trajectoire et en utilisant l’outils vitesse et l’outil règle (dans la palette outil ), indiquer la nature du mouvement.

2 / Lancement d’un projectile

Condition d’étude :

On souhaite simuler le lancement de projectiles au voisinage du sol, en modifiant les conditions de lancement (vitesse de lancement, masse, et angle de tir).

Soit un objet quelconque, appelé projectile, de masse m qu’on lance depuis la Terre.

On suppose que le projectile n’est soumis qu’à une seule force : la force de gravitation que la Terre exerce sur lui, et l’on assimile cette force au poids du projectile.

Préparation :

. Cliquer sur fichier, puis nouveau.

. Changer l’échelle dans la palette dessin (prendre 1 cm pour 5 m) et valider.

. Choisir une origine G en bas à gauche, puis des axes (icônes dans la palette dessin).

. Modifier les paramètres suivants :

                dt = 0,2 s et             m = 1 kg.

. Définir le champ de pesanteur (menu : champ : g).

. Cliquer sur l’icône vitesse initiale (dans la palette dessin) et prendre l’échelle suivante (1cm pour 5 m/s) et valider.

a / Variation de l’angle de tir à vitesse constante.

On fixe : V₀ = 30 m/s ; dt = 0,2 s ; m = 1 kg.

. Cliquer sur l’icône V₀ (dans la palette dessin).

. A partir de G (origine du repère dans le cadre), appliquer V0 en réglant a (angle de tir) à la valeur 10°.

. Tracer la trajectoire (menu : trajectoire : tracé).

. Relever la portée du tir (valeur sur l’axe x notée en haut à droite en vert).

. Recommencer et compléter le tableau suivant :

2 )

3 ) V₀ étant fixée, quelle est la valeur de l’angle a qui permet d’avoir la porté maximale ?

b / Variation de la vitesse initiale à angle de tir constant.

On fixe : a = 60° ; dt = 0,2 s ; m = 1 kg.

. Cliquer sur fichier, puis sur nouveau.

. Reprendre le protocole du A/ 2/ a/.

. Remplir le tableau suivant :

4 )

5 ) Quelle est l’influence de la vitesse initiale sur le lancement du projectile ?

c / Variation de la masse du projectile

. Cliquer sur fichier, puis sur nouveau.

. Reprendre les étapes de préparation (A/ 2 /) mais en plaçant l’origine en haut et à gauche.

. Choisir comme valeur : V₀ = 30 m/s ; a = 0° ; dt = 0,2 s ; et m = 1kg.

. Tracer la trajectoire du projectile (menu : trajectoire : tracé).

. Refaire une seconde mesure en modifiant la masse (menu : initialiser : paramètre : m) :

prendre m = 2 kg et recommencer avec m = 5 kg.

6 ) Quelle est l’influence de la masse sur le lancement du projectile ?

CONCLUSION :

La trajectoire d’un projectile :

                est indépendante de ………………………………… .

                dépend de ………………………. et de ……………………………………………. .

B / Trajectoire de la Lune

1 / Étude de la trajectoire de la Lune

. Ouvrir le fichier de données «  Lune.dat » qui correspond au mouvement de la Lune autour de la Terre (menu : fichier : ouvrir).

. Lancer le mouvement (menu : trajectoire : tracé).

. Stopper le mouvement un peu avant que la Lune accomplisse un tour entier.

7 ) Décrire le mouvement de la Lune (utiliser l’outil « règle » et l’outil « vitesse » dans la palette de dessin).

2 / Pourquoi la Lune ne tombe pas sur la Terre ?

On modifie la vitesse initiale (une fois plus grande et une fois plus faible) en utilisant le logiciel.

. Modifier la vitesse initiale (menu : initialiser : vitesse : modifier : modification de Vy seulement).

. Tracé plusieurs trajectoire (menu : trajectoire : tracé).

. Recommencer avec une autre vitesse initiale.

8 ) Pourquoi la Lune ne tombe-t-elle pas sur la Terre ?

3 / Force gravitationnelle nulle

. Ouvrir de nouveau le fichier « Lune.dat ».

. Lancer la trajectoire, puis la stopper après un quart de tour.

. Supprimer alors la force gravitationnelle (menu : force : supprimer) et relancer le tracé.

9 ) Expliquer ce qu’il se passe.