Mouvement uniforme et collisions

Le banc à coussin d’air est un appareil scientifique utilisé pour étudier le mouvement dans un environnement de basse friction. Son nom provient de sa structure : de l’air est pompé dans un support de transport avec de petits trous sur sa surface qui permet à des mobiles de glisser presque sans friction. Les chariots à base triangulaire s’adaptent parfaitement à la forme du haut du banc et sont utilisés pour étudier le mouvement dans des conditions de basse friction.
Le banc à coussin d’air est aussi utilisé pour étudier les collisions, élastiques et inélastiques. Comme très peu d’énergie est perdue dans la friction, il est aisé de démontrer quelle quantité de mouvement est conservée avant et après la collision. Le banc peut être utilisé afin de calculer la force de gravité lorsqu’il est incliné par rapport à l’horizontale ou également servir de système de chute libre en étant à la verticale. Un système de fourche optique vient compléter le banc pour acquérir les mesures sur ordinateur.

MOUVEMENTS UNIFORMES

Observer un objet animé d’un mouvement rectiligne uniformément variable et déterminer la vitesse instantanée et la vitesse moyenne de l’objet dans son mouvement rectiligne uniformément variable.

Pour traduire la vitesse réelle de l’objet à un point donné, Δt doit être aussi petit que possible. La vitesse moyenne sera d’autant plus proche de la vitesse réelle que Δt sera court. Lorsque Δt est proche de 0, la vitesse moyenne est proche de la limite, si bien que la vitesse moyenne de l’objet est considérée comme égale à la vitesse instantanée au point considéré.

LOI DES COLLISIONS

Fixez un amortisseur élastique à chaque extrémité du banc à coussin d’air. Positionnez deux mobiles à 30 cm et à 80 cm. Vérifiez que le banc à coussin d’air bien à l’horizontale.
Prendre les deux mobiles avec un disque de surcharge et un butoir flexible en métal. Déterminer avec la balance la masse de chaque mobile. Donner une petite vitesse initiale à l’un des mobiles, l’autre étant au repos et enregistrer la trajectoire. Vérifier que la quantité de mouvement totale et l’énergie mécanique sont conservées. Mettre une deuxième surcharge sur l’un des mobiles. Donner une petite vitesse initiale à l’un des mobiles, l’autre étant au repos et enregistrer la trajectoire. En utilisant le principe de la conservation de la quantité de mouvement, déterminer la masse de la surcharge. Vérifier votre résultat en pesant la surcharge.

CHUTE LIBRE

Pour déterminer la valeur de la constante de pesanteur, on va utiliser le banc à la vertical.
On place le support de l’électro-aimant sur le rail gradué au dessus du premier capteur (de sorte que la vitesse initiale de la bille soit nulle. La mise en tension ou hors tension de l’électroaimant s’effectue depuis le logiciel. Le logiciel affiche la vitesse de la bille au niveau du premier capteur, la vitesse de la bille au niveau du deuxième capteur et l’intervalle de temps entre les deux mesures, et donne ainsi l’accélération de la bille. La valeur de l’accélération étant égale à la constante de pesanteur en chute libre;

SUJETS ABORDES

> Mouvements uniformes
> Mouvements accélérés
> Seconde loi de Newton
> Accélérométrie
> Loi des collisions
> Chute libre

EQUIPEMENT NECESSAIRE

PC nécessaire