Une bille quittant tangentiellement une trajectoire circulaire permet de monter qu’un point matériel sur lequel aucune force ne s’exerce décrit un mouvement rectiligne.
Fiche d’accompagnement de l’expérience:
Matériel-
une planche en bois
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un rail en plastique de forme circulaire dont les bords sont relevés
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une bille en acier d’un cm de diamètre environ
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une scie
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des clous
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des punaises
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une règle
Montage et réalisationFixer sur une planche en bois un rail en plastique, dont les bords relevés permettent d’y faire rouler une bille.
Lancer la bille : elle accomplit un mouvement circulaire qui peut comporter plusieurs tours.
Ouvrir la piste de manière à ce que la bille puisse s’échapper du rail.
Sur la trajectoire de la bille hors du rail, placer une punaise de manière à ce que la bille la renverse.
Tracer alors la tangente à la trajectoire circulaire de la bille au point où celle-ci s’échappe du rail.
Nous constatons que la punaise se place sur cette tangente.
ExplicationsLa bille décrit une trajectoire circulaire en étant guidé par le bord extérieur relevé du rail.
Lorsque la bille en mouvement circulaire perd son guidage par le rail, elle continue son mouvement en ligne droite, en suivant la tangente à la trajectoire circulaire au point d’échappement.
Si la masse m était relié à l’opérateur par une ficelle, il faudrait, pour maintenir cette masse en mouvement circulaire uniforme dans un plan, tirer l’objet vers l’opérateur.
Cette force qui maintient la masse sur sa trajectoire circulaire est toujours dirigée vers le centre de la trajectoire, c’est pourquoi elle est appelée force centripète.
Dans notre expérience, c’est la force centripète exercée par le bord extérieur relevé du rail.sur la bille qui la maintient sur cette trajectoire.
Si le bord disparaît, la force centripète disparaît également et la somme des forces qui s’exercent sur la bille est nulle.
La direction et la valeur de sa vitesse restent alors constantes (principe de l’inertie) : la bille poursuit son mouvement à vitesse constante dans la direction qu’elle avait en quittant le rail, c’est-à-dire selon la tangente au cercle de centre C passant par la fin du rail.
RemarquesL’expérience « Faisceau d’étincelles » se rapporte au même thème.
RéférencesUniversité en ligne Uel