Mécanique
Mouvement circulaire
La bille orbite à rayon constant : la tension de la tige est la force centripète (F = m·v²/r), toujours dirigée vers le centre. Placez un chronomètre sur la bille pour lire sa période orbitale.
Mouvement circulaire — simulation interactive de Mécanique. La bille orbite à rayon constant : la tension de la tige est la force centripète (F = m·v²/r), toujours dirigée vers le centre. Placez un chronomètre sur la bille pour lire sa période orbitale. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.
Mouvement circulaire uniforme
Un objet en mouvement circulaire à vitesse constante accélère tout de même vers le centre car la direction de la vitesse change en permanence.
L'accélération centripète pointe vers l'intérieur même si la vitesse est constante. Pour une bille sur une tige, la tige fournit la force centripète qui courbe la trajectoire en cercle.
- Accélération centripète a_c = v²/r
- Force centripète F_c = mv²/r
Mémoire d'enquête
Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire
Le brief reprend la page pré-rendue : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.
Question de conduite
Une bille sur une tige tourne autour d’un pivot central fixe à vitesse constante. Si vous augmentez la vitesse orbitale de la balle tout en gardant le même rayon, la durée d'un tour complet (la période) devient-elle plus longue, plus courte ou reste-t-elle la même ?
Des pronostics à peser
- La période s'allonge (cela prend plus de temps par tour).
- La période reste la même (la vitesse n'affecte pas la période).
- La période devient plus courte (cela prend moins de temps par tour).
Rôles variables
Ce que vous définissez :
- Masse m (kg)
- Rayon r (m)
- Vitesse orbitale v (m/s)
Ce que vous mesurez :
- Force centripète F = mv²/r (N)
- Période T (1 lap) (s)
Comment se déroule l'enquête
- Ouvrez le préréglage Mouvement circulaire. Notez la longueur de la tige (le rayon de l'orbite) et la masse de la balle, et confirmez que la gravité est désactivée : la tige seule fournit la force qui courbe la trajectoire.
- Confirmez que la sonde de vitesse est attachée au ballon et déposez une minuterie sur le ballon afin de pouvoir chronométrer un tour complet.
- Pour chaque essai ci-dessous, définissez la masse de la balle, la longueur de la tige (rayon) et sa vitesse tangentielle initiale, puis appuyez sur Lecture et chronométrez un tour complet.
Équation gouvernante
Force centripète — F = m·v² / r
La force vers l’intérieur que la tige doit fournir pour maintenir la balle en mouvement en cercle au lieu d’une ligne droite. Cela dépend de la masse de la balle, de sa vitesse orbitale (constante) et du rayon du cercle – c'est la tension que vous ressentiriez dans la tige aux réglages de chaque essai.
Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre
- Pour un essai, montrez votre travail en calculant la période à partir du rayon et de la vitesse que vous avez définis (T = 2πr/v) et comparez-le à la lecture de la minuterie dans la simulation.
- Au cours de vos trois essais, comment l'augmentation de la vitesse dans un rayon fixe modifie-t-elle la période ? Comment l’augmentation du rayon à une vitesse fixe modifie-t-elle la période ? Expliquez les deux en utilisant T = 2πr/v.
Où cela apparaît au-delà du laboratoire
- Ce préréglage désactive la gravité afin que le mouvement soit véritablement uniforme. Si la gravité était réactivée et que la tige traçait toujours un cercle horizontal, la vitesse de la balle resterait-elle constante pendant tout le tour ? Pourquoi ou pourquoi pas ?
- Un objet réel en orbite (comme une balle sur une corde balancée à la main) perd un peu d'énergie à cause de la résistance de l'air et du pivot à chaque tour. Vous attendriez-vous à ce que sa période mesurée reste parfaitement constante sur plusieurs tours, ou qu’elle dérive – et dans quelle direction ?
- AP Physics 1 — Unit 6: Energy and Momentum of Rotating Systems
- AP Physics C: Mechanics — Unit 2: Force and Translational Dynamics
- IB Physics — A.4 Rigid body mechanics
- General High School Physics — Rotation, gravitation & orbits
- NGSS High School Physics — Gravitational and electrostatic forces
- Bienvenue au mouvement circulaire
- Sélectionnez la bille
- Appuyez sur Lecture
- Toujours en courbe
- Ouvrez les données
- Bravo !
Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.
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