ENSEIGNER
dimanche 19 novembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: Forces et mouvements 1S
  -  _ (Anciens programmes)  -  Physique

Activité 3: Détermination d'un point dont le mouvement est plus simple à étudier

 

Il a été vu en seconde ainsi que dans les activités précédentes, que pour étudier le mouvement d’un solide, on étudie souvent le mouvement de l’un de ses points. Le but de cette activité est de montrer sur un exemple comment on peut choisir ce point.

Vous disposez de plaques homogènes de différentes formes.

1. Lancer la plaque rectangulaire en la faisant tourner sur elle-même .
a) Quel point (noté A) choisiriez-vous pour décrire le plus simplement possible le mouvement de l’objet ?
b) Placer une première pastille autocollante sur la plaque pour matérialiser la position de ce point A ; placer une seconde pastille en un autre point B.
c) Décrire et représenter la trajectoire de A. Décrire le mouvement de B (vous pouvez proposer une trajectoire).

Quelles informations perd-on sur le mouvement de l’objet en se limitant au mouvement de A ?

2. On s’intéresse maintenant à la plaque de forme quelconque. Sans faire d’expérience, répondre à la question suivante.

a) Quel point choisiriez-vous pour décrire le plus simplement possible le mouvement de l’objet ?
b) Faites l’expérience de façon à vérifier si votre choix était le bon.

.... Lire le paragraphe « Centre d’inertie d’un solide » du modèle …

Exercices

1. Le document ci-dessous a été réalisé à partir d’une chronophotographie d’une bougie homogène en train de tomber. La chronophotographie a été obtenue en photographiant, sur la même partie de la pellicule, la bougie à des intervalles de temps réguliers. Représenter la trajectoire du centre d’inertie de la bougie.

2. Où est situé le centre d’inertie d’un cerceau ?

Lorsqu’on lance ce cerceau, comment s’y prendre pour s’assurer que le mouvement de son centre d’inertie est plus simple que celui d’autres points ?


But: Détermination d'un point dont le mouvement est plus simple à étudier

  • Déterminer un point dont le mouvement est plus simple à étudier pour un objet lancé en l'air (il n'est soumis qu'à son poids).

  • Comprendre que réduire le solide à son centre d'inertie entraîne une perte d'information sur son mouvement.

Préparation: Détermination d'un point dont le mouvement est plus simple à étudier

Matériel

Chaque binômes dispose de plaques de matières synthétiques (nous avons utilisé des chutes de lattes de plancher flottant, de l’isorel ou du contreplaqué conviendraient mais éviter du carton, trop léger et trop facilement déformable). Celles qu’on leur remet pour la question 1° sont de formes géométriques simples (carré, rectangle), celles utilisées pour la question 2°sont des plaques initialement carrées ou rectangulaires dont un coin a été scié (angle droit rentrant).

Des oeillets autocollants permettent de visualiser le mouvement d’un point de la plaque. Les choisir d’une couleur qui contraste nettement avec celle des plaques.

Expérience

Deux ou trois binômes font à tour de rôle l’expérience pour le reste du groupe. Un élève lance la plaque en la faisant tourner dans un plan vertical. Son binôme la rattrape. Deux ou trois lancers sont nécessaires pour convaincre la classe.

Savoir: Détermination d'un point dont le mouvement est plus simple à étudier

On ne prend l'aspect du centre d'inertie que par une idée intuitive qu'un point a un mouvement plus "simple" que les autres, cette 'simplicité' résultant d'une perception visuelle.

On généralise un résultat sans réelle certitude de pouvoir le faire. Il n’est pas inutile se signaler aux élèves que l’on en est conscient.

Comportement des élèves: Détermination d'un point dont le mouvement est plus simple à étudier

Les élèves proposent spontanément le centre de la plaque quand elle est rectangulaire ou carrée (ils repèrent ce point en traçant les diagonales) et l’expérience les conforte dans leur choix. Ils proposent assez facilement une allure correcte de la trajectoire du centre d’inertie et celle d’un point quelconque.

Pour les plaques de formes quelconques, plusieurs d’entre eux tracent encore des diagonales et proposent un point que l’expérience infirme. Il est préférable de laisser les élèves faire l’erreur et de faire comparer les impressions visuelles que donnent ce point mal choisi à celles données par le centre d’inertie (plusieurs élèves proposent spontanément le centre de gravité et le repèrent en posant la plaque en équilibre sur l’extrémité d’un stylo). Un observateur attentif est sensible à un écart de quelques millimètres.