Chute Libre et Accélération Gravitationnelle

Chute Libre et Accélération Gravitationnelle

Comprendre la Chute Libre et Accélération Gravitationnelle

Un scientifique amateur décide de mener une expérience pour mesurer l’accélération due à la gravité (\(g\)) en laissant tomber une bille en métal depuis une certaine hauteur.

Pour cela, il utilise un chronomètre précis pour mesurer le temps que met la bille à toucher le sol. Il effectue plusieurs essais pour obtenir des résultats fiables.

Données:

1. Hauteur de la chute : \( h = 1.5 \, \text{m} \)

2. Temps mesuré pour la chute (\( t \)) :

  • Essai 1 : \( t_1 = 0.55 \, \text{s} \)
  • Essai 2 : \( t_2 = 0.56 \, \text{s} \)
  • Essai 3 : \( t_3 = 0.54 \, \text{s} \)

Questions:

1. Calcul de la durée moyenne de la chute.

2. Calcul de l’accélération gravitationnelle :

  • En utilisant la formule de la chute libre sans vitesse initiale.
  • Exprimez g et calculez sa valeur.

3. Comparaison avec la valeur théorique de \( g \) :

La valeur théorique de l’accélération due à la gravité sur Terre est \( g \approx 9.81 \, \text{m/s}^2 \).

  • Comparez la valeur obtenue expérimentalement avec la valeur théorique.
  • Discutez des possibles sources d’erreur dans l’expérience.

4. Extension de l’expérience :

  • Si la hauteur de la chute était doublée (\( h = 3 \, \text{m} \)), calculez le nouveau temps de chute théorique.
  • Si la bille était lâchée depuis une hauteur de \( 5 \, \text{m} \), quel serait le temps de chute théorique ?

Correction : Chute Libre et Accélération Gravitationnelle

1. Calcul de la durée moyenne de la chute

\[ t_{\text{moyen}} = \frac{t_1 + t_2 + t_3}{3} \]

Substituons les valeurs :

\[ t_{\text{moyen}} = \frac{0.55 + 0.56 + 0.54}{3} \] \[ t_{\text{moyen}} = \frac{1.65}{3} = 0.55 \, \text{s} \]

2. Calcul de l’accélération gravitationnelle

En utilisant la formule de la chute libre sans vitesse initiale :

\[ h = \frac{1}{2} g t_{\text{moyen}}^2 \]

Exprimons \( g \) :

\[ g = \frac{2h}{t_{\text{moyen}}^2} \]

Substituons les valeurs :

\[ g = \frac{2 \times 1.5}{0.55^2} \] \[ g = \frac{3}{0.3025} \] \[ g \approx 9.91 \, \text{m/s}^2 \]

3. Comparaison avec la valeur théorique de \( g \)

La valeur théorique de l’accélération due à la gravité sur Terre est \( g \approx 9.81 \, \text{m/s}^2 \).

  • La valeur expérimentale obtenue est \( g \approx 9.91 \, \text{m/s}^2 \).
  • Cette valeur est très proche de la valeur théorique, avec une différence de \( 9.91 – 9.81 = 0.10 \, \text{m/s}^2 \)
  • Les possibles sources d’erreur incluent des imprécisions dans la mesure du temps avec le chronomètre et des variations dans la hauteur de la chute. De plus, des facteurs comme la résistance de l’air pourraient légèrement influencer les résultats.

4. Extension de l’expérience

  • Pour une hauteur \( h = 3 \, \text{m} \) :

\[ t = \sqrt{\frac{2h}{g}} \] \[ t = \sqrt{\frac{2 \times 3}{9.81}} \] \[ t = \sqrt{\frac{6}{9.81}} \] \[ t \approx \sqrt{0.611} \approx 0.78 \, \text{s} \]

  • Pour une hauteur \( h = 5 \, \text{m} \) :

\[ t = \sqrt{\frac{2h}{g}} \] \[ t = \sqrt{\frac{2 \times 5}{9.81}} \] \[ t = \sqrt{\frac{10}{9.81}} \] \[ t \approx \sqrt{1.019} \approx 1.01 \, \text{s} \]

Chute Libre et Accélération Gravitationnelle

D’autres exercices de physique seconde:

0 commentaires

Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Analyse du mouvement d’un projectile

Analyse du mouvement d'un projectile Comprendre l'Analyse du mouvement d'un projectile Sarah, une élève en classe de seconde, participe à un concours de lancement de fusées à eau dans le cadre de son cours de physique. Elle construit une fusée qui expulse de l'eau...

Calcul de la Masse Volumique du Cuivre

Calcul de la Masse Volumique du Cuivre Comprendre le Calcul de la Masse Volumique du Cuivre Dans le cadre d'un projet de science, des élèves de seconde sont chargés d'étudier différentes substances pour déterminer leur densité et leur masse volumique. L'objectif est...

Calcul de la vitesse d’un parachutiste

Calcul de la vitesse d'un parachutiste Comprendre le Calcul de la vitesse d'un parachutiste Lors d'un saut en parachute, un parachutiste de masse constante effectue une chute libre avant d'ouvrir son parachute. Cet exercice propose de calculer la vitesse du...

Calcul de la poussée d’Archimède

Calcul de la poussée d'Archimède Comprendre le Calcul de la poussée d'Archimède Dans le cadre d'un projet de classe, les élèves de seconde ont conçu un petit sous-marin en plastique. Afin de comprendre comment ce sous-marin peut flotter ou s'enfoncer dans l'eau, il...

Lancement d’une fusée artisanale

Lancement d'une fusée artisanale Comprendre le Lancement d'une fusée artisanale Dans le cadre d'un projet de science, un groupe d'élèves a construit une fusée artisanale. Ils veulent calculer l'angle de lancement optimal pour que la fusée atteigne la plus grande...

Calcul du centre de charge d’une grue

Calcul du centre de charge d'une grue Comprendre le Calcul du centre de charge d'une grue Une grue sur un chantier de construction doit soulever une poutre métallique horizontalement. Avant de procéder, il est crucial de déterminer le centre de charge de la poutre...

Évaluation de la Vitesse en Fin de Descente

Évaluation de la Vitesse en Fin de Descente Comprendre l'Évaluation de la Vitesse en Fin de Descente Dans un parc d'attractions, une nouvelle montagne russe est en phase de test. La montagne russe comprend une section où le wagon descend une pente inclinée à un angle...

Vitesse d’un point par rapport au châssis

Vitesse d'un point par rapport au châssis Comprendre la Vitesse d'un point par rapport au châssis Dans une usine, un système de convoyeur transporte des pièces mécaniques d'un point A à un point B. Le convoyeur se déplace à une vitesse constante par rapport au sol de...

Calcul de la Position d’un Mobile

Calcul de la Position d'un Mobile Comprendre le Calcul de la Position d'un Mobile Un mobile auto-télécommandé est testé sur un terrain de course rectiligne. Le départ est donné à l'extrémité sud du terrain. Le mobile accélère à un taux constant et parcourt une...

Étude d’une Flèche de Grue en Mouvement

Étude d'une Flèche de Grue en Mouvement Comprendre l'Étude d'une Flèche de Grue en Mouvement Dans un chantier de construction, une grue est utilisée pour déplacer des matériaux d'un point à un autre. Le mécanisme de la grue permet à sa flèche de se déplacer en suivant...