T.P. de Physique

Transformation d’énergie

A / Expérience

On étudie la chute libre d’une balle de golf lâchée sans vitesse initiale. On supposera que sur la hauteur de chute relativement courte les frottements dans l’air sont négligeables.

1 / Utilisation du logiciel « AVIMECA »

Sélection du clip vidéo :

Ouvrir le logiciel AVIMECA.

Cliquer sur le menu fichiers, puis sélectionner accès au clip, puis toujours utiliser le dossier suivant, et enfin parcourir.

Chercher alors le logiciel CDMOVIE que vous sélectionnez, puis cliquer sur OK.

Cliquer alors sur le menu fichiers, puis cliquer sur ouvrir un clip vidéo (ou sur l’icône correspondante), et rechercher le dossier CHGOLF que vous ouvrez. Sélectionner alors le fichier CHGOLF.AVI que vous ouvrez.

Cliquer alors sur le menu clip et sélectionner alors adapter (le but est d’agrandir l’image).

Étalonnage :

Cliquer sur l’onglet étalonnage dans la fenêtre de droite.

Cliquer alors sur échelle verticale, puis sur premier point : sélectionner alors le haut du piquet blanc à droite de la chaise avec le curseur de la souris. Cliquer alors sur deuxième point et sélectionner alors la base du même piquet blanc (au niveau de la surface verte). Entrer alors la valeur 2,80 mètres.

Cliquer alors sur origine et sens (vérifier que la première icône est bien sélectionnée) et positionner l’origine du repère au niveau du sol (au niveau de la surface verte) à la base de la chaise haute.

Mesure :

Cliquer alors sur l’onglet mesure, et vérifier que l’origine des dates correspond à l’image numéro un, et que le nombre de point par image est bien égal à un.

Cliquer alors sur la balle de golf avec le curseur de la souris, puis renouveler la mesure jusqu’à la vingtième image.

2 / Utilisation du logiciel « REGRESSI »

On souhaite alors charger les mesures sur un logiciel de traitement de données.

Cliquer alors sur l’icône Regressi située à côtés de l’inscription taille 2.

Remarque :

Si l’accès au logiciel est impossible, vérifier le chemin d’accès (dans le menu fichier, puis sélection de Regressi, et de définir le chemin d’accès).

Méthode de détermination des variables :

Dans le logiciel Regressi, cliquer sur l’icône grandeur en dessous de l’onglet fichier. Puis cliquer sur l’onglet variable.

Sélectionner alors l’icône créer grandeur (en vert) pour faire apparaître la fenêtre de sélection de la grandeur.

Méthode de réalisation du graphe :

Cliquer alors sur l’icône graphe (située à côtés de l’icône variable).

Sélectionner alors l’icône coordonnées située sous l’icône graphe.

Choisir alors la variable t comme abscisse, et la variable souhaitée comme ordonnée. Sélectionner aussi l’option ligne pour faire apparaître le tracé, et décocher toutes les options dans le cadre option générales à l’exception de l’option abscisse unique.

B / Interprétation

1 / Création de variables

1 ) Donner l’expression de l’énergie potentielle en fonction de la masse de la balle de golf ( m = 45,0 g ), de l’intensité de la pesanteur ( g = 9,81 N/kg ), et de la hauteur y de chute.

2 ) Créer alors une variable Ep permettant de calculer l’énergie potentielle à tout instant lors de la chute de la balle de golf.

3 ) Donner l’expression de l’énergie cinétique en fonction de la masse m et de la vitesse v de la balle de golf.

4 ) Créer alors une variable v permettant de calculer la vitesse de la balle de golf à tout instant (utilisation de la fonction dérivée).

5 ) Créer alors une variable Ec permettant de calculer l’énergie cinétique à tout instant lors de la chute de la balle de golf.

6 ) Créer alors une variable Em permettant de calculer l’énergie mécanique (somme des énergie cinétique et potentielle) à tout instant lors de la chute de la balle de golf.

2 / Réalisation du bilan énergétique

On souhaite maintenant faire apparaître sur un même graphe les trois courbes représentant l’évolution des énergies en fonction du temps. Dans les trois graphes l’abscisse devra porter la variable temps.

7 ) En utilisant la fonction ajouter une courbe et en choisissant correctement l’ordonnée, tracer les graphes : Ec = f ( t ) ; Ep = f ( t ) ; et Em = f ( t ).

8 ) Imprimer alors votre travail (tableau et graphe) que vous glisserez dans votre copie.

3 / Transformation d’énergie

9 ) Que peut-on dire de l’énergie mécanique au cours du temps lors de la chute de la balle de golf ?

10 ) Commenter et expliquer succinctement le diagramme énergétique.

11 ) L’hypothèse des frottements de l’air négligeables lors de la chute de la balle de golf est-elle justifiée ? (utiliser le bilan énergétique pour répondre à la question)

C / Conservation de l’énergie mécanique

Reprendre tout le protocole du A/ du T.P. avec le fichier BIFRFL de CDMOVIE, et tracer le diagramme énergétique de la bille.

Données :

Masse de la balle : m = 100 g

Largeur de l’écran : 0,50 m , et hauteur de l’écran : 0,40 m

Pendre l’origine du repère au niveau de la position initiale du repère blanc sur le mobile, et prendre les mesures pour les quatorze premiers points.

12 ) Imprimer le diagramme énergétique que vous glisserez dans votre copie.

13 ) L’énergie mécanique se conserve-t-elle ? (justifier votre réponse).