Tp 10 Lois de Nexton

2nde 2020/2021        Thème 2 : Mouvements et interactions           Chapitre 13

TP 10 : Etude du mouvement lors de la chute d’une bille de colorant

Objectifs

- Caractériser le mouvement d’un système représenté par un point.

- Exploiter le principe d’inertie.

- Relier la vitesse d’un système entre deux positions voisines aux forces qui s’appliquent sur ce système.

- Décrire les forces qui s’appliquent sur un système

[pic 1]

1. Expériences.

On réalise l'expérience suivante :

Dans une éprouvette graduée de 100 mL remplie d’huile végétale, on lâche, à l'aide d'une pipette, une goutte de permanganate de potassium. On repère les dates successives de passage de la goutte devant les graduations chiffrées telles que 100 mL, 90 mL, 80 mL … etc…

Le chronomètre est déclenché lors du passage du milieu de la goutte devant la graduation 100 mL. Les temps correspondant au passage du milieu de la goutte devant chaque graduation sont relevés. Par simplicité, on ne relève que les secondes, c’est à dire les chiffres qui précèdent la virgule.

A l’aide d’une règle graduée, mesurez précisément la distance parcourue par la goutte à partir de la graduation 100 mL (qui fera office de 0 cm) :  

On peut alors déterminer, entre chaque graduation : ∆z = 0,018 m, qui correspond à la distance parcourue par la goutte entre chaque graduation (attention : z en m).

Pourquoi la goutte de permanganate tombe t’elle dans l’huile ? Justifier sachant que :

• La goutte de permanganate peut être assimilée à une goutte d’eau ;
• Les masses volumiques de l’eau et de l’huile valent :  ρeau = 1,00 g.mL-1 et ρhuile = 0,91 g.mL-1.

La goutte de permanganate tombe dans l’huile car elle a la même densité que l’eau et que la densité de l’huile est plus faible que celle de l’eau.

1. Interprétation des résultats.

1. Nature du mouvement.

1. En vous aidant du tableau de données, calculez la vitesse instantanée de la goutte (en m.s-1) à chaque mesure.

1. Au vu des résultats, caractérisez le mouvement de la bille de colorant, à l’aide de deux critères, et en justifiant votre réponse.

Le mouvement de la goutte est rectiligne et uniforme.

1. Le principe d’inertie s’applique-t-il à la goutte lors de sa chute ? Justifiez.

On peut appliquer le principe d’inertie car le mouvement de la goutte est rectiligne et uniforme.

1. Forces exercées sur la goutte.

Jehanne et Éric, deux élèves de classe de seconde du lycée, veulent interpréter le mouvement observé.

1) Jehanne fait l’hypothèse qu’on peut utiliser le principe de l’inertie. Un principe résulte de l’observation : il est admis sans démonstration.

Enoncé du principe d’inertie : Un corps persévère en son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui se compensent.

On peut aussi réciproquement dire que si le corps est au repos ou en mouvement rectiligne uniforme, il est soumis à un ensemble de forces qui se compensent.

Que peut-on en déduire concernant les forces qui agissent sur la goutte ?

On peut en déduire que les forces qui agissent sur la goutte se compensent.

2) Pour Éric, deux forces seulement s'exercent sur la goutte : le poids et la poussée d’Archimède. Jehanne n'est pas d'accord et pense que la poussée d’Archimède ne peut pas compenser le poids de la goutte.

Pour argumenter sa réponse, Jehanne vous donne quelques indications :

Le poids :

• Quelle est sa direction, son sens ?
• L’expression du poids  en fonction de la masse m (en kg) de la goutte est  où  est la force de gravitation et a pour valeur 9,80 N/kg à Saint-Louis. Calculer la valeur de P du poids . [pic 2][pic 3][pic 4][pic 5]
• On supposera que la goutte possède un volume de 0,1 mL et peut être assimilée à une goutte d’eau.

La poussée d’Archimède : Les informations suivantes vous permettront de déterminer les caractéristiques de la poussée d’Archimède qui s'exerce sur la goutte d'eau immergée dans l'huile.

• La poussée d’Archimède s’oppose au poids du système. Quelle est sa direction, son sens ?
• La valeur π de la poussée d’Archimède (noté ) est égale au poids du volume d’huile que déplace la goutte d’eau.[pic 6]
• Pour un même volume V, une goutte d’huile a une masse plus faible qu’une goutte d’eau. Calculer la valeur π de la poussée d’Archimède .[pic 7]

En vous aidant de ces informations, rédigez le raisonnement qui permettra de convaincre Éric qu’il ne peut pas y avoir que ces 2 forces.

Le poids : ● sa direction est verticale

                     son sens va du haut vers le bas

                  ● = m x g[pic 8]