. Concours Cervod   

1.Un exemple : mouvement vertical ascensionnel

Les mesures présentées ont été faites à l'aide d' un capteur de mouvement à ultrasons. Bien entendu, d'autres moyens peuvent être utilisés pour effectuer les mesures, moyens indépendants du dispositif permettant d'obtenir la force constante.
 

1.1 Schéma du dispositif
 
 



1.2 Méthode utilisée
 

On veut obtenir un mouvement vertical vers le haut, il faut donc exercer sur l'objet une force supérieure à son poids. On accroche à l'appareil une masse marquée m = 200 g et on règle l'aspiration pour l'immobiliser. On remplace la masse de 200 g par la balle de 156 g et on la libère pour qu'elle s'élève tandis que l'on déclenche l'enregistrement.
 

1.3 Résultats obtenus
 

 Courbe donnant y(t).
 
 

 

1.4 Vérification de la deuxième loi de Newton

 

La recherche d'une fonction d'essai du second degré de la partie intéressante de la courbe donne une accélération positive:
ay = 2.21 m.s-2 avec un écart relatif sur y de 0.11%. Le mouvement est donc presque parfaitement uniformément accéléré. Cette accélération permet, en utilisant la deuxième loi de Newton, de calculer la valeur de la force créée par l'aspiration.

On calcule la force:
F = m(g+a) soit ici F = 0,156x(9,81+2,21) = 1,88 N.

Soit un écart par rapport à la valeur attendue:
(0,2x9,8= 1,96 N) de 0,08 N donc de 4%.
 

1.5 Énergie mécanique et travail de la force motrice

 

Etudions ici comment varie l'énergie mécanique tandis que la force qui s'exerce sur le mobile effectue un travail positif. Le travail de la force est calculé à l'aide de la formule:
 

Wf = F. (y-y0), avec y>y0

On constate que la différence entre:

Em = Ek + Ep et Wf

reste bien constante, tandis qu'ici Em croît. Autrement dit, l'accroissement d'énergie mécanique est égal au travail de la force exercée sur l'objet.

(Avec Em énergie mécanique totale, Ek énergie cinétique et Ep énergie potentielle de pesanteur.)

Le théorème de l'énergie mécanique est parfaitement vérifié, aucune expérience permettant une vérification aussi simple ne peut actuellement être proposée dans nos lycées.

 

Courbes de Em, Wf et de  Em(t) - W(f) = Dif(t

 

La qualité des résultats obtenus montre que l'on peut faire d'excellentes séances de travaux pratiques sur le théorème de l'énergie cinétique et sur celui de l'énergie mécanique
 

2.Conclusions

Une grande variété d'expériences possibles.

Des expériences innovantes sur le plan didactique.

Ces expériences permettent de bien faire comprendre la deuxième loi de Newton et les théorèmes fondamentaux de la mécanique.

Des expériences du même type sont faciles à réaliser dans le domaine de la mécanique des mouvements de rotation.

Pour obtenir des renseignements complémentaires:

Voici l'appréciation du jury (Président : René MOREAU Inspecteur Général) :

Appareil très original; très simple; innovant, permettant d'élargir considérablement le domaine de l'expérimentation didactique dans le domaine de la mécanique.
Félicitations du Jury qui s'est montré très intéressé et qui souhaiterait que cet appareillage soit répandu.