La Descente de la Bille : Forces et Mouvement
Pourquoi ça roule ? Explorons les forces sur une pente !
Tu as déjà fait rouler une bille ou une petite voiture sur une planche inclinée ? Tu as remarqué qu'elle prend de la vitesse ! Ce mouvement est le résultat de plusieurs forces qui agissent sur l'objet. Une force est une action qui peut faire démarrer un mouvement, l'accélérer, le ralentir, ou changer sa direction. Sur une pente, la force de gravité (le poids de l'objet) joue un rôle clé, mais elle n'est pas seule. La pente elle-même exerce une force, et il y a aussi souvent des frottements qui s'opposent au mouvement. Cet exercice va nous aider à mieux comprendre tout ça !
L'Expérience de la Bille sur Deux Pentes
- Pente A : Une pente douce. La bille met \(4 \, \text{secondes (s)}\) pour la dévaler.
- Pente B : Une pente plus raide. La bille met \(2 \, \text{secondes (s)}\) pour la dévaler.
Schéma : Bille roulant sur une pente inclinée
Une bille sur une pente est soumise à plusieurs forces.
Questions à traiter
- Quelles sont les trois forces principales qui agissent sur la bille lorsqu'elle roule sur la pente, comme montré sur le schéma ? Décris brièvement la direction de chacune.
- Rappelle la formule pour calculer la vitesse (\(v\)) d'un objet connaissant la distance (\(d\)) et le temps (\(t\)).
- Calcule la vitesse de la bille sur la Pente A (pente douce). Exprime le résultat en centimètres par seconde (\(\text{cm/s}\)).
- Calcule la vitesse de la bille sur la Pente B (pente plus raide). Exprime le résultat en \(\text{cm/s}\).
- Compare les vitesses de la bille sur la Pente A et la Pente B. Sur quelle pente la bille va-t-elle le plus vite ? Est-ce que cela te surprend ? Explique pourquoi l'inclinaison de la pente a cet effet sur la vitesse.
- Si la bille était beaucoup plus rugueuse ou si la pente était recouverte de moquette, la force de frottement augmenterait. Quel effet cela aurait-il sur le temps mis par la bille pour descendre chaque pente ? Et sur sa vitesse ?
Correction : La Descente de la Bille
Question 1 : Forces principales sur la bille
Réponse :
Les trois forces principales qui agissent sur la bille sur la pente sont :
- Le Poids (P) : C'est la force de gravité exercée par la Terre sur la bille. Elle est toujours dirigée verticalement vers le bas.
- Le Support de la pente (R) (aussi appelée Réaction Normale) : C'est la force exercée par la surface de la pente sur la bille. Elle est dirigée perpendiculairement à la surface de la pente, vers le haut (elle empêche la bille de "traverser" la pente).
- La Force de Frottement (f) : C'est la force qui s'oppose au mouvement de la bille. Elle est dirigée le long de la pente, dans le sens opposé au mouvement de la bille (donc vers le haut de la pente si la bille descend).
Question 2 : Formule de la vitesse
Réponse :
La formule pour calculer la vitesse (v) est :
Où \(d\) est la distance parcourue et \(t\) est le temps mis.
Question 3 : Vitesse sur la Pente A
Données de la Pente A :
- Distance (\(d_A\)) : \(100 \, \text{cm}\)
- Temps (\(t_A\)) : \(4 \, \text{s}\)
Calcul :
Question 4 : Vitesse sur la Pente B
Données de la Pente B :
- Distance (\(d_B\)) : \(100 \, \text{cm}\)
- Temps (\(t_B\)) : \(2 \, \text{s}\)
Calcul :
Quiz Intermédiaire 1 : Si un objet parcourt \(60 \, \text{cm}\) en \(3 \, \text{s}\) sur une pente, sa vitesse est de :
Question 5 : Comparaison des vitesses et explication
Réponse :
La bille va plus vite sur la Pente B (\(50 \, \text{cm/s}\)) que sur la Pente A (\(25 \, \text{cm/s}\)).
Cela n'est pas surprenant. La Pente B est décrite comme "plus raide". Plus une pente est inclinée, plus la composante du poids qui tire l'objet vers le bas le long de la pente est importante. Cette "partie du poids" qui fait glisser la bille est plus grande sur une pente raide, ce qui provoque une accélération plus forte et donc une vitesse plus élevée (ou un temps plus court pour parcourir la même distance).
Question 6 : Effet de l'augmentation du frottement
Réponse :
Si la bille était plus rugueuse ou si la pente était recouverte de moquette, la force de frottement augmenterait.
Comme la force de frottement s'oppose au mouvement, une augmentation du frottement aurait pour effet de :
- Augmenter le temps mis par la bille pour descendre chaque pente.
- Diminuer sa vitesse moyenne sur chaque pente (car elle parcourrait la même distance en plus de temps).
La bille serait davantage "freinée" par les frottements.
Quiz Intermédiaire 2 : Sur une pente, la force qui a tendance à faire descendre un objet est principalement due à :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. Sur une pente, le poids d'un objet est toujours dirigé :
2. Si on augmente l'inclinaison d'une pente, un objet posé dessus (sans autre force) aura tendance à :
3. La force de frottement sur un objet qui glisse sur une pente :
Glossaire
- Force
- Action capable de modifier l'état de mouvement d'un objet ou de le déformer.
- Poids (P)
- Force de gravité exercée par la Terre sur un objet. Toujours dirigée verticalement vers le bas.
- Réaction du Support (R) (ou Force Normale)
- Force exercée par une surface sur un objet en contact avec elle. Elle est perpendiculaire à la surface et s'oppose à ce que l'objet traverse la surface.
- Force de Frottement (f)
- Force qui s'oppose au mouvement (ou à la tentative de mouvement) entre deux surfaces en contact. Elle est parallèle aux surfaces.
- Pente Inclinée (ou Plan Incliné)
- Surface plane qui n'est ni horizontale ni verticale, formant un angle avec l'horizontale.
- Vitesse (v)
- Grandeur qui mesure la rapidité d'un mouvement (distance parcourue par unité de temps).
- Distance (d)
- Longueur du trajet parcouru.
- Temps (t)
- Durée d'un parcours ou d'un événement.
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