Physique

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  • Publié le : 16 avril 2010
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Dans un camp d’été, une des activités est de faire des courses dans des modèles réduits d’autos sur une piste horizontale. Pour que tout le monde soit au même niveau, un des animateurs propose de construire un propulseur, qui serait une corde attachée à l’auto à l’extrémité, et après avoir traversé la poulie, à une masse suspendue verticalement à l’autre. Les autos sont d’abord immobiles, c’estla masse qui les entraîne sur la piste. Lorsque la masse ait touché le sol, les autos continuent à bouger et la corde n’exerce plus de force sur la boîte à savon. Elle continue à vitesse constante. Pour ce faire nous cherchons comment la vitesse de lancement dépend des paramètres du système pour pouvoir l’ajuster.

But: Quelle est la vitesse de l’auto après avoir été tirée sur une distanceconnue, à partir du repos?

Matériel:
Un glisseur tiré sur un rail horizontal (M)
Une masse A (m) (tolérance ± 1%)
Un système d’acquisition de données relié au logiciel Data Studio
Mètre (tolérance ± 0.05 cm)
Balance (tolérance ± 0.05 g)

Selon nos prédictions, la formule de la vitesse serait v=√(2mgh/(m+M)). C’est une équation de MRUA qui a permis de trouver cette formule. La formule debase est vx2=vo2+2aΔx, nous avons insérés les données que nous connaissions dans l’équation précédente et nous avons isolés la vitesse pour trouver quelle est-elle après avoir été tirée sur une distance connue. Pour trouver l’accélération, il faut isoler l’accélération dans les formules de sommation des forces agissant sur le chariot pour trouver que l’accélération égalait mg⁄(m+M). Le graphiquede la vitesse (m⁄s) selon la masse du poids(g) est positif et le graphique ressemble a celui d’une racine carrée positive de formule√x. Pour ce qui est de celui de la vitesse (m⁄s) en fonction de la masse du glisseur (g) est décroissant et il est exponentiel mais négativement. Le troisième qui est la vitesse (m⁄s) selon le déplacement(m) est une fonction exponentielle positive. Ce qui signifie queplus le déplacement va être grand plus la vitesse va augmenter. Donc, la vitesse sera plus grande si l’on augmente la masse du poids et la grandeur du déplacement. Il ne faut pas augmenter la masse du glisseur car la vitesse serait grandement diminuer comme l’on peut constater en étudiant le graphique de la vitesse en fonction de la masse du glisseur.
Manipulations : Pour réaliser l’expérience,il faut premièrement placer le glisseur sur le rail et le rattacher à une corde qui elle est attachée a un poids dont nous faisons varier le poids. Nous éliminons le frottement grâce au rail où nous faisons passer de l’air. Il faut également faire varier le poids du glisseur et la grandeur du déplacement.
Schéma :

Pour ce qui est des incertitudes, celle de la tolérance était donnée par leprofesseur dès le début du cours. Pour les incertitudes de vitesses, nous avons multiplié par deux la vitesse obtenue puis divisé par mille le résultat pour trouver leur incertitude.

Il est important d’ajuster la longueur de la corde pour que celle-ci touche le support avant que le glisseur n’arrive à la fin du rail, car sa vitesse reste constante le reste du trajet puisque aucune force n’agit surlui. Par cela, je veux dire qu’il n’y a plus de tension dans la corde et que la normale et le poids reste inchangé. Ce qui signifie que la vitesse ne variera pas tant qu’elle ne touchera pas le métal chargé de l’arrêter à la fin du rail. Il n’y a pas non plus de frottement dans cette expérience puisqu’il a du vent qui annule le frottement. Le glisseur, par conséquent, ne ralentira pas pendant ladurée du trajet.

Pour déterminer la vitesse lorsque le poids rentre en contact avec le support et s’immobilise, il faut utiliser Data Studio. Sur le graphique donné par le logiciel, il faut surligner les points qui sont constants et y faire passer une droite de régression. Le m de la pente donnée est la vitesse du glisseur lorsque le poids a touché le support.
Plus la masse du poids sera...
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