Lois de Newton

ACTIVITES

A1 Pain de glace.

On considère un énorme pain de glace posé sur la remorque d'un camion qui démarre brutalement.

Dans toute l'activité, on négligera les frottements.

Visionner la simulation proposée ci-dessus.

On étudie le mouvement du pain de glace dans deux repères différents qu'il faudra préciser.

Dans chaque repère :

1. Différencier chacune des phases de la situation.
2. Faire le bilan des forces exercées sur le pain de glace pendant chaque phase.
3. Décrire le mouvement du pain de glace lors de chaque phase.
4. Conclure quant à la nature de chaque référentiel choisi.

A2 Lance-patate.

A21 S'approprier.

1. Comparer les masses de la voiturette et de la pomme de terre.
2. Décrire le mouvement de chaque corps.

A22 Analyser.

On a reproduit cette expérience dans le fichier "lance patates.gif" ci-dessous :

La voiturette a une masse m_v =  20 g et la pomme de terre m_p =  100 g.

1. A l'aide du logiciel tracker, effectuer une étude cinématique de la situation.

• On fera apparaître la vitesse de chaque corps.
• On fera apparaître la quantité de mouvement (produit de la vitesse par la masse) de chaque corps.

2. Observations :

• Comment varie la quantité de mouvement de chaque corps ?
• Comment varie la quantité de mouvement du système {voiturette + pomme de terre} ?

3. Faire le bilan des forces appliquées à chaque corps.
4. Conclure quant à la variation de la quantité de mouvement de chaque corps par rapport aux forces qui leurs sont appliquées.
5. Faire de même pour le système {voiturette + pomme de terre}.

A3 Téléphérique à ballon de baudruche.

A32 Analyser.

• Importer la vidéo "ballon.mp4" dans le logiciel tracker.
• Placer un référentiel ayant pour origine l'extrémité gauche du fil dont la direction horizontale est définie par le fil.
• Calibrer le repère en utilisant la règle de 1 m posée sur la table..

1. Faire le bilan des forces s'exerçant sur le système {ballon+paille}.
2. Effectuer une analyse mécanique du système.
3. Donner une équation de la position x(t).
4. Donner une équation de la vitesse v_x(t).
5. Comparer à l'étude précédente du lance-patate.

A4 Chute libre.

Un joueur de baseball frappe une balle à une hauteur de 160 cm du sol à une vitesse de 140 km/h avec un angle de 30° par rapport à l'horizontale. Tout au long de son trajet, la balle est soumise uniquement à la gravité. A quelle distance du point d'impact la balle touchera-t-elle le sol ? On placera le référentiel d'étude à la verticale du point d'impact. L'instant de l'impact est pris comme l'origine des temps. Un joueur de baseball frappe une balle à une hauteur de 160 cm du sol à une vitesse de 140 km/h avec un angle de 30° par rapport à l'horizontale. Tout au long de son trajet, la balle est soumise uniquement à la gravité. A quelle distance du point d'impact la balle touchera-t-elle le sol ? On placera le référentiel d'étude à la verticale du point d'impact. L'instant de l'impact est pris comme l'origine des temps.

Equations horaires du mouvement :   Accélération :    Vitesse : Position :

A41 Pointage.

• A l'aide du logiciel Tracker, importer le gif animé reproduisant le mouvement de la balle de baseball : "Baseball.gif".
• Placer le référentiel d'étude au départ de la balle.
• Calibrer les distances à l'aide d'un ruban et de l'axe des abscisses.
• Pointer la position de la balle tout au long de la trajectoire.
• Faire apparaître dans le tableau :

Les composantes de l'accélération, de la vitesse, et de la position.

A42 Analyse.

· Donner les expressions temporelles de chacune des six grandeurs déterminées précédemment.

· Valider ou non les expressions proposées dans les équations horaires du mouvement.

· Retrouver les grandeurs données dans l'énoncé. (angle de frappe, vitesse initiale, hauteur initiale)

· Déterminer l'équation de la trajectoire (y en fonction de x) et répondre à la problématique.

A43 Etude.

· Faire le bilan des forces exercées sur la balle.

· Comparer l'accélération verticale de la balle et l'accélération de la pesanteur.

· Comment passe-t-on alors de l'accélération à la vitesse ? De la vitesse à la position ?

COURS

C1 Quantité de mouvement.

Définition.

La quantité de mouvement (ou impulsion) d'un système assimilé à un point matériel est le produit de sa masse par sa vitesse dans le référentiel d'étude :  en kg.m.s-1  en m.s-1  m en kg

C2 Lois de Newton.

C20 Introduction.

Un système isolé ne subit aucune force.

En principe, un tel système n'existe pas.

Le système sera dit pseudo-isolé si la résultante des forces (somme vectorielle de toutes ces forces) qui s'exercent sur lui est nulle.

C21 Première loi de Newton (Principe d'inertie).

Exemples :

• Un mobile autoporteur sur une table à coussin d'air horizontale.
• Le référentiel héliocentrique et à trois étoiles lointaines est galiléen.

C22 Deuxième loi de Newton.

Remarque :

Dans le cas où la masse du corps étudié ne varie pas :

C23 Troisième loi de Newton (Principe des actions réciproques).

C3 Conservation de la quantité de mouvement.

C31 Système fermé.

C32 Système ouvert.