🏒 Forces et mouvement : le palet sur coussin d'air
Le mobile autoporteur du TP, sans la paillasse encombrée ni le compresseur qui fait un bruit d'aspirateur ! Tire le palet avec un fil élastique, pousse-le avec une force constante, et regarde ses positions s'enregistrer point par point. Newton avait raison : à toi de le vérifier.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Sans force, les points de l'enregistrement sont alignés et régulièrement espacés : le mouvement est rectiligne uniforme. C'est le principe d'inertie.
- Le vecteur accélération a (en vert) a toujours la direction et le sens de la somme des forces ΣF… mais pas forcément ceux de la vitesse !
- Avec une force constante qui n'est pas dans l'axe de la vitesse, la trajectoire se courbe en parabole, comme celle d'un ballon lancé.
- À force égale, un palet deux fois plus lourd accélère deux fois moins : a = ΣF / m. Le poids et la réaction de la table, verticaux, se compensent et ne jouent aucun rôle.
Expériences à faire
- Lance le palet puis lâche tout : que deviennent v et a ? Les points restent-ils équidistants ?
- Applique une force constante de 0,3 N à un palet de 0,6 kg : quelle accélération prévois-tu ? Vérifie avec les mesures.
- Tire le palet sur le côté pendant qu'il avance : dans quelle direction pointe a ? Et v ?
- Active les frottements : pourquoi le palet refuse-t-il de démarrer quand la force est trop faible ?
- Coche ✏️ Mes valeurs et prends μ = 0,2 avec un palet de 2 kg : quelle force minimale faut-il pour le faire démarrer ? Vérifie avec la soufflerie.
La physique derrière l'animation
- Principe d'inertie : si les forces se compensent (ΣF = 0), le palet est immobile ou en mouvement rectiligne uniforme.
- Deuxième loi de Newton : ΣF = m a, avec a = dv/dt. L'accélération a la direction et le sens de la somme des forces, et sa valeur est a = ΣF / m.
- Sur un enregistrement de points pris toutes les τ secondes : vi ≈ Mi−1Mi+1 / (2τ), puis ai ≈ (vi+1 − vi−1) / (2τ).
- Sur la table, le poids P et la réaction R du coussin d'air sont verticaux et se compensent : seules les forces horizontales modifient le mouvement.
- Coussin d'air faible : frottement solide f = μ m g avec μ = 0,03 (réglable dans ✏️ Mes valeurs). Le palet reste immobile si la force appliquée est inférieure à μ m g (0,18 N pour 0,6 kg).
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