Transcript TP nº10 Le pendule simple
TP nº10 Le pendule simple
1 Comment se faire cuire un œuf avec les moyens du bord ?
Situation
Un randonneur e ff ectuant un trek dans l’erg
Chegaga situé dans la région de M’Hamid, dans le sud maro cain, est en proie à des maux de ventre suite à un déjeuner un peu trop copieux. Se souvenant des conseils prodigués par son « guide du survivant en milieu hostile », il souhaite pour le diner déguster un œuf à la coque arrosé de cumin (dont les bienfaits sur la digestion sont reconnus).
Au moment d’introduire son œuf dans l’eau bouillante, il découvre avec horreur que sa montre ne fonc tionne plus et qu’il risque de rater la cuisson « à point » qui requiert exactement trois minutes.
Préférant di ff érer la préparation de son repas (certaines choses de la vie sont sacrées), il se réfère à son précieux guide. Après une consultation rapide de la rubrique « horloge », il ramasse un caillou de petites dimensions, enlève le cordon de serrage de son sac à dos et sort un double décimètre de sa trousse (qu’il emporte toujours avec lui) ; avec ces trois objets il confectionne un pendule simple, fonctionnant comme une horloge, capable de décompter le temps de manière régulière.
La préparation du diner peut reprendre. . .
Figure 1 – Erg Chegaga dans la région de M’hamid, le plus grand désert du Maroc
Mission
Vous devrez : – construire un dispositif semblable à celui du randonneur et en faire une description ; – vérifier la régularité des oscillations en expliquant la méthode mise en œuvre pour la mesure (vérifier notamment l’isochronisme des oscillations malgré leur amortissement) ; 1. Un erg est un désert de dunes, plus précisément des champs de dunes fixes dont seul le sable superficiel est remodelé par le vent.
Terminale S – Sciences physiques – Enseignement spécifique – Chapitre VIII
TP nº10 – – – étudier l’influence des di ff érents paramètres du dispositif sur la durée des oscillations et noter vos conclusions ; vous mettre dans la peau d’un rédacteur de guides touristiques et rédiger une notice claire et détaillée qui pourrait figurer à la rubrique « horloge », en décrivant notamment le matériel utilisé et ses condi tions d’utilisation (choix des matériaux, mise en fonctionnement, principe d’utilisation, influence des paramètres. . .) ; faire la démonstration de l’utilisation de votre dispositif devant votre professeur qui donnera son ho mologation en fonction de critères très stricts que tout randonneur perdu dans le désert est en droit d’exiger.
Matériel à disposition
– – – – – ficelle règle métallique masses marquées rapporteur potence, noix, pinces, tiges – – chronomètre animation Flash permettant l’étude des di ff érents para mètres du pendule simple ; – ordinateur muni du logiciel Regressi
2 Étude énergétique d’un pendule simple
– – –
Traitement d’une vidéo du mouvement d’un pendule simple
– – – – Lancer le logiciel Regavi.
Sélectionner Lecture d’un fichier.avi
puis ouvrir le fichier tp_10_pendule.avi
l’acquisition du mouvement d’un pendule simple constitué d’une sphère de masse pendue à un fil de longueur
L
= . . . . . . mm dans le champ de pesanteur d’intensité
g
correspondant à
m
= . . . . . . g sus = 9
,
81 N · kg − 1 .
Définir l’échelle de la prise de vue en cliquant sur les deux extrémités d’un objet de longueur connue.
Définir ensuite l’origine du repère telle que l’origine soit confondue avec la position d’équilibre du pendule, en imposant un axe vertical orienté vers le haut et un axe horizontal orienté vers la droite.
Cliquer sur l’icône Mesures de manière à faire l’acquisition des positions successives du pendule.
À la fin des mesures, désigner comme origine des temps la première image cliquée.
Envoyer les résultats de l’acquisition sous Regressi.
Exploitation
– – – – Sous Regressi, renommer la grandeur Tracer le graphe
z
(
x y
en
z
désignant l’altitude du centre d’inertie ) représentant la trajectoire du centre d’inertie
G
du pendule.
G
du pendule.
Vérifier à l’aide de l’outil de modélisation que la trajectoire peut être considérée comme parabolique puis écrire son équation.
Définir les grandeurs
v x
et
v z
désignant les vitesses horizontale et verticale du centre d’inertie
G
du pendule.
a) Exprimer la valeur
v
de la vitesse du centre d’inertie
G
du pendule en fonction de
v x
et
v z
.
– Créer la grandeur
v
désignant la vitesse du centre d’inertie
G
du pendule.
b) Donner l’expression littérale de l’énergie cinétique
E c
du centre d’inertie
G
du pendule.
– Créer la grandeur
E c
désignant l’énergie cinétique du centre d’inertie
G
du pendule.
c) Donner l’expression littérale de l’énergie potentielle de pesanteur
E pp
du centre d’inertie
G
du pendule.
– Créer la grandeur
E pp
désignant l’énergie potentielle de pesanteur du centre d’inertie
G
du pendule.
d) Écrire l’expression littérale de l’énergie mécanique
E m
.
– – Créer la grandeur
E m
désignant l’énergie mécanique du centre d’inertie Tracer sur un même graphe les courbes
E c
(
t
),
E pp
(
t
) et
E m
(
t
).
G
du pendule.
e) Comment varient, dans le même temps, les énergies cinétique pendule au cours de son mouvement ?
E c
et potentielle de pesanteur
E pp
du f) Quelle est la position du pendule lorsque l’énergie potentielle de pesanteur male ?
g) Que peut-on dire de l’énergie mécanique
E m E pp
est maximale ? mini du pendule au cours du mouvement ? Conclure.
Terminale S – Sciences physiques – Enseignement spécifique – Chapitre VIII