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Lycée Sainte Mar ie Bastide TP de PHYSIQUE (chap. 13) 2014­2015 1° S 1 ETUDE ENERGETIQUE D’UNE CHUTE AVEC ORPHY
NOM et Pr énom : I) OBJ ECTIFS
· Acquérir à l’aide du logiciel WinORPHY des valeurs expérimentales.
· Estimer l’ordre de grandeur d’une incertitude de mesure.
· Etudier l’évolution de l’énergie cinétique, de l’énergie potentielle et de l’énergie mécanique d’un système au cours d’un mouvement. II) MATERIEL
· PC + interface Orphy GTS II
· Fourchette optique, mire triangulaire noire et rail incliné soufflant
· logiciels WinORPHY et Regressi
· une balance III) DISPOSITIF D’ETUDE Un mobile est lâché du haut d’un rail à coussin d’air. Le rail est incliné d’un angle a par rapport à l’horizontale. Le mobile est équipé d’une échelle de n barreaux opaques espacés d’une distance égale à la largeur d’un barreau. Au cours de son mouvement, il passe dans la fourche d’un capteur à infrarouge relié à un ordinateur interfacé. Le logiciel de capture WinORPHY, permet l’acquisition des valeurs expérimentales : l’enregistrement se déclenche lors du passage du premier barreau au niveau du capteur ; le logiciel calcule, pour chaque date t de passage de chaque barreau devant le capteur, la distance D parcourue par le mobile et la vitesse V du mobile ; les résultats sont présentés sous forme d’un tableau (t, D, V). Ces valeurs sont exploitées à l’aide d’un tableur, Regressi. IV) ACQUISITION 1. Brancher la carte d’acquisition Orphy GTS II sur le port COM1 d’un ordinateur. 2. Connecter le capteur à Orphy GTS II (G) et alimenter la soufflerie du rail. 3. Vérifier l’horizontalité du rail. 4. Incliner le rail d’un angle a par rapport à l’horizontale. 5. Vérifier que la flèche sur le capteur est dans le sens du déplacement du mobile. 6. Ouvrir les logiciels Regressi et WinORPHY. 7. Lancer une acquisition. 8. Configurer l’interface Orphy GTS II : Fourchette optique M 10633 250 mm (déplacement), Entrée EFO front, Poursuivre, Temporel …. 9. Cliquer sur lancer acquisition. 10. Confirmer éventuellement les options : épaisseur des traits de la règle : 3,6 mm, affichage distance et vitesse… puis cliquer sur Commencer. 11. Mettre en route le banc soufflant, lâcher la mire noire le long du banc entre les branches de la fourchette puis cliquer sur arrêter. 12. Transférer les données vers WinORPHY puis vers Regressi en cliquant sur l’icône , vérifier le type de transfert « écraser/remplacer les données dans Regressi », mettre un titre « chute 1 » puis poursuivre. 13. Sauvegarder l’acquisition dans le dossier commun de la classe : fichier, enregistrer sous : « \\Kheops\LYCEE\1ereS1\(DOSSIER COMMUN)\sciences physiques\chute ORPHY\chute1.rw3. 14. Faire deux autres acquisitions avec des inclinaisons différentes : chute2.rw3 ; chute3.rw3 (repartir du 9. après avoir agi sur la pente du banc…). 15. Fermer le logiciel WinORPHY TP chapitre 13 Comprendre : Lois et Modèles 1 re S 1 / 2 Etude énergétique d’une chute avec Orphy V) EXPLOITATION 16. Mesurer la masse M de la mire noire avec une balance : M = ………………... 17. Chaque binôme doit exploiter une chute puis confronter ses résultats avec ceux des autres : répartir les trois chutes dans le groupe. Chute étudiée : ………………………… 18. Proposer diverses méthodes de mesure de l’angle d’inclinaison du banc, a. Réaliser la plus précise en estimant l’intervalle de confiance de a pour chacune. En déduire la valeur de a : a = ................. 19. Sur votre poste, ouvr ir une session à votre nom, copier le fichier correspondant à la chute choisie (ouvrir le répertoire " \\Kheops\LYCEE\1ereS1\(DOSSIER COMMUN)\sciences physiques\chute ORPHY\" du dossier commun puis copier le fichier) et le coller dans votre répertoire de travail "\\Kheops\LYCEE\1reS1\< votre nom> \sciences physiques\". 20. Dans votre répertoire, double cliquer sur le fichier correspondant à la chute à étudier : "\\Kheops\LYCEE\1reS1\< votre nom> \Physique\chute< 1, 2, 3>.rw3" pour l’ouvrir. 21. Faire un schéma du dispositif expérimental et représenter : ­ l’axe Ox parallèle au banc incliné et orienté vers le bas (avec O la position du centre d’inertie du mobile lorsque le premier barreau passe devant le capteur) ­ l’axe Oz vertical et orienté vers le haut. 22. Lors du mouvement, quel est le signe de l’abscisse x du centre d’inertie mobile sur l’axe Ox ? ………….. ; de la vitesse V du mobile ? …….….. ; de l’altitude z du mobile, …….….. ; de l’énergie potentielle de pesanteur Ep du mobile (Ep = 0 à l’origine de l’axe vertical Oz) …….….. . 23. Exprimer l’altitude z du mobile à la date t, en fonction de x et de a : z = ............................ 24. Entrer les paramètres expérimentaux M, a et g en précisant leurs unités. 25. Ecrire les expressions littérales des énergies cinétique Ec, potentielle Ep et mécanique Em du mobile à la date t. Ec =…………….….. ; Ep = ……….….. ; Em = .……….….. 26. Entrer les formules permettant d’effectuer les calculs de x, z, Ec, Ep et Em (ne pas oublier de choisir l’option angle en degrés et écrire pour calculer le sinus d’un angle de 2,7° par exemple sin(2.7)). 27. Sur un même graphique, visualiser les courbes représentant l’énergie cinétique, l’énergie potentielle de la pesanteur et l’énergie mécanique en fonction du temps en choisissant les trois axes d’ordonnée à gauche. 28. Identifier les courbes en cliquant sur l’icône . 29. Commenter les graphes obtenus. Observer les graphes obtenus pour les deux autres chutes et conclure. 30. Enregistrer dans votre répertoire (Fichier, enregistrer) puis ( pour imprimer : Fichier , imprimer expression, variables, tableau, graphes, paramètres tableau, nom de fichier, graphe en gras, en­tête (écrire votre nom).
TP chapitre 13 Comprendre : Lois et Modèles 1 re S 2 / 2 Etude énergétique d’une chute avec Orphy