Travail et énergie potentielle de pesanteur
 

I. Objectifs

• Montrer que pour un solide en mouvement sans frottement, la somme Ec+Ep est constante.
• Etudier les transferts et les transformations d'énergie.

II. Matériel

• Table à coussin d'air et accessoires.
• Valet élévateur.
• Ordinateur muni d'un tableur
• Feuille de papier A3.
• Fil et plot central.

III. Manipulation

1. Mesurer l'angle a d'inclinaison de la table par rapport à l'horizontale.
2. Peser le mobile.
3. Fixer le mobile au plot central à l'aide d'un fil de façon à réaliser un pendule.
4. A l'aide de la main, écarter le pendule de sa position d'équilibre et le lâcher d'un point Ao (fil tendu). Enregistrer le mouvement.
5. Sans bouger la feuille, déterminer la ligne de plus grande pente.

IV. Exploitation

1. On choisira le niveau de référence de l'énergie potentielle à la position d'équilibre E du pendule. Tracer un système d'axes sur l'enregistrement, l'axe Ox passant par E, l'axe Oy étant parallèle à la ligne de plus grande pente.
2. Pour chaque point de la première partie de l'enregistrement (de Ao à E), mesurer la distance D séparant le point Ai de l'axe Ox puis mesurer la distance d=Ai-1Ai+1.
3. Donner les expressions littérales de l'énergie potentielle de pesanteur Epp et de l'énergie cinétique Ec en fonction de m, g, d, D, a et t.
4. Compléter le tableau suivant (on utilisera le tableur Régressi).

5. Tracer les graphes Epp=f(t), Ec=f(t) et Ec+Epp=f(t) sur le même système d'axes.
6. Préciser comment évolue chacune des grandeurs précédentes.
7. Déterminer le travail fourni par l'opérateur pour amener le mobile de E à Ao.
8. Lire sur le graphe la variation d'énergie potentielle du pendule entre ces deux points.
9. Comparer les deux derniers résultats et conclure.
10. Que devient l'énergie potentielle du pendule lors de son mouvement entre Ao et E?

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