TP 10 gravitation - lyc-monod- ?· Physique-Chimie 2nde L'univers Lycée Jacques Monod III. ET LA LUNE…

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    15-Sep-2018

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  • Physique-Chimie 2nde

    L'univers

    Lyce Jacques Monod

    Comptences : - Utiliser un logiciel de traitement de donnes vido

    - Tracer une trajectoire partir dun tableau de donnes dans Excel

    - Comparer diffrentes trajectoires et en dduire les paramtres influenant le mouvement dun satellite

    Problme : la force exerce par la Terre (ou un astre) sur un satellite est la force gravitationnelle. Pour modliser ici un satelleite et la Terre, nous utiliserons une bille d'acier et un aimant.

    Quels sont les paramtres qui ont de l'influence sur la trajectoire d'un satellite ?

    Matriel disponible : un aimant circulaire d'un diamtre de 13 cm, une bille en acier, un logiciel de traitement de donnes vido Avimca, un logiciel tableur Microsoft Excel.

    Rflexion sur le modle utilis : La force exerce par laimant sur la bille est une force magntique. Mais, nous pouvons ici utiliser le modle de la bille et de laimant car :

    Cette force est, comme celle exerce par la Terre sur le satellite, une force distance.

    De plus, elle est de nature attractive, comme la force exerce par la Terre sur le satellite.

    Cependant, ATTENTION : la force gravitationnelle et la force magntique ne sont pas du tout de mme nature, ce nest quune modlisation.

    I. EXPERIENCE QUALITATIVE

    Lancer la bille environ 20 cm de laimant en lui donnant une vitesse initiale moyenne. Quobservez-vous? Lancer la bille environ 10 cm de laimant en lui donnant une vitesse initiale moyenne, que se passe-t-il ?

    Lancer la bille environ 5 cm de laimant en lui donnant une vitesse initiale moyenne, que se passe-t-il ?

    GRAVITATION

    Aimant Aimant Aimant

    Terre satellite

    F terre sur satellite

    F aimant sur bille

    bille Aimant

  • Physique-Chimie 2nde

    L'univers

    Lyce Jacques Monod

    Questions

    1. Quel est le rfrentiel dtude ?

    2. Quel effet a laimant sur la trajectoire de la bille ?

    3. Cet effet est-il le mme dans chacune des expriences prcdentes ?

    4. En vous rappelant que la bille et laimant peuvent modliser un satellite et la Terre, quel premier paramtre influenant la trajectoire dun satellite identifiez-vous ? Que se passe-t-il quand celui-ci est trop grand, et quand il est trop petit ?

    II. ANALYSE QUANTITATIVE DE LEXPERIENCE PAR ORDINATEUR

    Une acquisition de trois expriences a t ralise. Dans chacune de ces expriences, la bille a t lance une distance denviron 10 cm de laimant. Vous allez tracer les trajectoires de la bille dans les trois expriences.

    - Ouvrir le logiciel Avimca.

    - Ouvrir un clip vido : aller sur le bureau dans le fichier " TP gravitation ", choisir " Exprience 1 "

    - Lancer la vido en appuyant sur le bouton " play ".

    - Suivre le protocole du logiciel avimca afin dobtenir un tableau donnant les positions de la bille au cours du temps.

    - En mme temps que ltalonnage, il faut indiquer lorigine du repre et le sens des axes. Cliquez sur et placer le centre du repre au centre de laimant circulaire.

    - Lorigine des dates doit correspondre limage prcdant lapparition de la bille. Modifiez l en allant dans " origine des dates " et en changeant le numro de limage.

    - Appuyer sur licne PP pour mettre votre tableau dans le presse papier.

    - Ouvrir Excel

    - Cliquer droit et coller le tableau de donnes.

    - Tracer la trajectoire de la bille (position y en fonction de la position x) en utilisant un graphique de type nuage de points.

    - Recommencer avec " Exprience 2 " puis avec " Exprience 3 "

    - Les trajectoires peuvent tres imprimes.

    Questions (il vous faudra observer les trois vidos)

    5. Lintervalle de temps entre deux points est toujours le mme. Dterminer la distance entre les deux premiers points dans chaque exprience.

    6. Comparer la vitesse initiale de la bille dans les trois expriences et dcrivez la trajectoire de la bille dans chaque cas ?

    7. Quel deuxime paramtre influenant la trajectoire dun satellite identifiez-vous ? Que se passe-t-il quand celui-ci est trop grand, et quand il est trop petit ?

    8. A-t-on rpondu au problme pos en dbut de TP ?

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    Lyce Jacques Monod

    III. ET LA LUNE ET LA TERRE ?

    9. Que se passerait-il pour la trajectoire de la Lune si celle-ci ntait plus soumise la force gravitationnelle? Justifier.

    10. Newton est assis dans un verger ; la nuit va tomber et la pleine lune est dj leve.

    Une pomme tombe ; il se demande alors pourquoi la pomme tombe alors que la Lune ne tombe pas. Posons quelques questions Newton (1642-1727) (N) afin de savoir si la pomme tombe de la mme faon que la Lune.

    "- Mais,...la Lune ne tombe pas puisquelle reste toujours la mme distance de la Terre !"

    N: "- Si elle ne tombait pas, il y a longtemps quelle ne serait plus l. En effet, si la Lune ntait soumise aucune force, elle adopterait un mouvement rectiligne et uniforme alors quelle a un mouvement circulaire autour de la Terre. Puisquelle tourne autour de la Terre, cest quelle est soumise une force, et je suppose que cette force, due la Terre, est la mme que celle qui fait tomber les pommes !"

    "- Vous voulez dire quun objet comme la Lune, en mouvement circulaire, narrte pas de tomber vers le centre de sa trajectoire ?"

    N: " -Cest bien a !"

    " -Vous tes donc sr que la Lune tombe comme une pomme ?"

    N: " -Je le sais car je lai calcul !" a) Est-ce en accord avec certaines de vos observations? b) La Lune tombe-t-elle sur la Terre ?

    IV. ENVOI DE SATELLITES ET DE SONDES SPATIALES

    11. Ici la feuille de papier exerce des frottements sur la bille, ce qui finit par la freiner. Quelle est la consquence de ce ralentissement ? 12. Lair exerce des frottements sur un satellite qui peuvent galement le freiner. Peut-on mettre un satellite en orbite dans latmosphre ? O doit-il se trouver et pourquoi ?