Rampe et charge : accélération sur une pente
1 · Prédire
Si vous relâchez la charge et augmentez l'angle de la rampe, qu'arrive-t-il à sa vitesse après le même laps de temps ?
- Il accélère plus vite : une rampe plus raide donne une accélération plus importante.
- Il atteint la même vitesse – l’angle n’affecte pas la vitesse à laquelle il accélère.
- Il accélère plus lentement – une rampe plus raide donne une accélération plus faible.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage Ramp & Load dans le bac à sable de la mécanique.
- Sélectionnez la rampe et utilisez le panneau des Propriétés pour définir son angle d'inclinaison pour cet essai.
- Relâchez la charge du repos en haut et lisez sa vitesse sur la sonde après le temps écoulé indiqué.
3 · Collecter les données
| Angle de rampe (deg) | Masse de charge (kg) | Temps écoulé (s) | Vitesse (m/s) | Énergie cinétique (J) |
|---|---|---|---|---|
| 10.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 20.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 30.00 | 3.00 | 1.00 |
...pour les essais de durée fixe de 1 s.
4 · Analyser
- En utilisant v = g sin θ · t, calculez la vitesse attendue pour chaque ligne et comparez-la à ce que vous avez lu sur la sonde.
- La masse de la charge reste fixe à 3 kg pendant les trois essais tandis que l'angle change. Qu'est-ce que cela vous apprend sur la relation entre la masse et l'accélération sur une rampe sans frottement ?
5 · Approfondir
- Laquelle atteint le fond en premier ?
- Les vraies rampes ont des frictions. Si cette rampe n'était pas sans friction, la vitesse mesurée serait-elle supérieure ou inférieure à votre prédiction v = g sin θ · t, et pourquoi ?
La physique derrière cette expérience
Énergie cinétique
L'énergie cinétique de la charge augmente avec le carré de sa vitesse à mesure qu'elle accélère sur la rampe : doubler la vitesse quadruple le KE.
Énergie potentielle gravitationnelle
Sur une rampe sans friction, le PE gravitationnel que la charge perd en descendant se convertit entièrement en énergie cinétique qu'elle gagne — rien n'est perdu en chaleur.
Mécanique
- Mouvement du projectile et énergie cinétique
- Balle sur une rampe : énergie sur une pente sans friction
- Bloc sur une rampe à friction : recherche du seuil de frottement statique
- Vitesse terminale : chute par traînée
- Force Lab : la deuxième loi de Newton
- Forces opposées : deuxième loi et quantité de mouvement de Newton
- Balle rebondissante : perte d'énergie à l'impact
- Collisions élastiques et conservation de la quantité de mouvement
- Collision inélastique et conservation de la quantité de mouvement
- Le berceau de Newton : élan et transfert d'énergie
- Pendule simple
- Masse sur ressort : mouvement harmonique simple
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