Force et Mouvement – Mise en évidence du principe d’inertie

Objectifs

q       Formuler une hypothèse concernant un événement susceptible de se produire
q       Rédiger une argumentation
q       A partir d’une acquisition vidéo, calculer des vitesses instantanées verticale et horizontale,
q       Utiliser un tableur pour représenter l’évolution temporelle de ces vitesses au cours du mouvement
q       Formuler une conclusion sur l’influence d’une force sur l’évolution de la vitesse

I. Description de la situation - Prévision :

Un cycliste roulant à vitesse constante sur une piste horizontale abandonne sans la lancer une balle qu’il tenait dans la main.

A votre avis, où se trouveront le cycliste et son vélo lorsque la balle touchera le sol?

Sur une demi-feuille, rédigez par binôme, votre prévision en l’argumentant.

II. Observation :

Allumer les ordinateurs et visionner la vidéo « velo_boule »
Toujours par binôme, rédiger une explication au phénomène observé.
A quelle(s) force(s) la balle est-elle soumise lorsqu’elle est lâchée ? Donner leur direction. Les représenter sur un schéma de la balle.

III. Mesure des vitesses instantanées verticale et horizontale

Ouvrir le tableur « Lotus 1-2-3
Ouvrir le logiciel d’acquisition vidéo Aviméca.
A l ‘aide du menu Fichier, ouvrir la vidéo « velo_boule ».

Dans le menu Étalonnage, choisir un repère d’origine la position de départ l’axe vertical étant dirigé vers le bas et l’axe horizontal vers la droite.
Réaliser l’étalonnage des longueurs (échelles identiques) : la distance entre les 2 axes des roues est de 1,065 m.
Repasser dans le Dans le menu Mesures et visionner la vidéo image par image en cliquant sur la position de son centre pour chaque image.
Dans le menu Mesures le tableau indiquant les coordonnées du centre de la balle dans le repère défini à la date de chaque image se remplit automatiquement.
Utiliser le menu Fichier Mesures Copier dans le presse papier Le Tableau pour transférer les mesures dans le tableur.
Basculer dans le tableur. sélectionner la 1^ère cellule puis menu Édition Coller
Vérifier que toutes les données numériques sont bien reconnues comme telles et placées à droite de la cellule (sinon enlever l’apostrophe)
A l’aide du tableur, calculer les vitesses instantanées horizontale v_x et verticale v_y à chaque date.
Représenter graphiquement (en nuage de points) v_x et v_y en fonction du temps. Donner un titre au graphique, indiquer les grandeurs sur les axes et l’imprimer.

Questions :

1°) Comment évolue, au cours du temps, la vitesse selon l’axe horizontal ?
2°) Comment évolue, au cours du temps, la vitesse selon l’axe vertical ?
3°) Rappeler le bilan des forces selon l’axe Ox (F_x ) et selon l’axe Oy (F_y).
4°) Formuler une hypothèse sur la corrélation entre F_x et la variation de v_x puis entre F_y et la variation de v_y.