Mise en évidence du principe d'inertie avec un chariot soumis à deux forces horizontales
Résumé:
Un chariot soumis à son poids et à la réaction du support subit l'effet de deux forces de traction horizontales. Elles peuvent se compenser ou non. On met alors en évidence le Principe d'inertie en visualisant l'évolution de la vitesse du chariot en présence de ces forces de traction.
Matériel:
• chariot sur roulettes, construit à partir d'une tôle en acier sur laquelle on fixe des roulettes (dans l'exemple, il s'agit d'un écran noir, monté sur des poulies de mécanique)
• deux dynamomètres ronds
• deux potences (assez lourdes) avec des poulies de renvoi
• masses marquées (1 x 100g et 2x 50g)
• ficelle
Description du montage:
On va réaliser le montage dont le principe est décrit sur le schéma suivant:
Le poids et la réaction du support se compensent toujours. Les forces de traction F1 et F2 peuvent se compenser ou non.
Sur le chariot, on fixe deux dynamomètres qui vont bien rendre visible la présence des forces de traction.
De part et d'autre de la paillasse professeur, on place deux potences munies d'une poulie de renvoi. À chaque extrémité, on accroche une masse de 100 g. Sur la potence de gauche, on utilise deux masses de 50 g.
Photo du pylône droit avec une masse de 100g
Photo du pylône gauche avec deux masses de 50g
On obtient finalement le montage désiré, bien visible dans une salle de cours de physique.
Exemple de mesure:
On fera particulièrement attention au choix des poulies (les plus roulantes) et on vérifiera que les frottements sur la paillasse sont très faibles.
Pour la démonstration de cours, on commence avec le cas : V = 0 m/s et F = 0 N, le chariot reste immobile.
Puis on traite le cas : V = 0 m/s mais F différent de 0 N. Le chariot se met en mouvement, il accélère.
Puis on traite le cas : V non nulle 0 m/s et F différent de 0 N. Le chariot a une vitesse changeante (il change même le sens de son mouvement)
Enfin on termine avec le cas V non nulle 0 m/s et F = 0 N. Le chariot garde un mouvement rectiligne uniforme.
Vitesse initiale nulle, forces non compensées
v_nulle_f_non_nulle
Vitesse initiale non nulle, forces non compensées.
v_non_nulle_f_non_nulle
Vitesse initiale non nulle, forces compensées.
v_non_nulle_f_nulle
Références:
Ce montage est directement conçu à partir de la description d'une expérience sur le site suivant :
www.practicalphysics.org