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TP expérimental — Mouvement et interactions : vitesse, poids et masse

4e · Cycle 4 · Thème "Mouvement et interactions" — Manipulation en salle de sciences

Nom : …………………………… Classe : 4e…… Date : ……/ ……/ ……
Objectifs
  • Mesurer une vitesse moyenne à partir d'une distance parcourue et d'une durée chronométrée.
  • Mesurer le poids d'objets de masses différentes à l'aide d'un dynamomètre.
  • Tracer le graphique P = f(m) et en déduire la valeur de l'intensité de la pesanteur g.
  • Distinguer expérimentalement le poids et la masse d'un objet.
5 min — Accueil, sécurité 15 min — Vitesse moyenne 20 min — Poids et masse 10 min — Tracé, interprétation
Avant de manipuler — ton hypothèse

Réponds avant de commencer la manipulation. Tu compareras ta prédiction à tes résultats à la fin du TP.

D'après toi, si tu accroches une masse deux fois plus grande au dynamomètre, la valeur du poids affiché sera-t-elle elle aussi deux fois plus grande ? Note ta prédiction avant de mesurer.

Sécurité
À respecter impérativement :
  • Dégager une zone libre le long du parcours du mobile : personne ne doit se trouver sur sa trajectoire.
  • Ne jamais dépasser la portée maximale indiquée sur le dynamomètre (risque de déformation du ressort).
  • Accrocher solidement les masses marquées à la potence avant de lâcher le dynamomètre.
  • Ne pas faire tomber les masses marquées : les manipuler à deux mains, au-dessus de la table.
  • Ranger le matériel dans les mêmes conditions qu'à l'arrivée.
Matériel
Pour la vitesse moyenne
  • Mobile (chariot, bille ou voiture à roues libres)
  • Rampe ou plan horizontal dégagé
  • Mètre ruban ou règle graduée
  • Chronomètre
Pour le poids et la masse
  • Dynamomètre gradué en newtons (N)
  • Potence et noix de fixation
  • Jeu de masses marquées (50 g, 100 g, 150 g, 200 g, 250 g)
Partie A — Mesure d'une vitesse moyenne
  1. Installation. Mesure et note la distance d du parcours choisi (par exemple 1,00 m ou 2,00 m), délimité par un point de départ et un point d'arrivée.
  2. Mesure. Lance le mobile depuis le point de départ. Déclenche le chronomètre à cet instant, puis arrête-le lorsque le mobile atteint le point d'arrivée.
  3. Répète la mesure deux fois de plus dans les mêmes conditions, pour un total de 3 essais.
  4. Calcule la vitesse moyenne de chaque essai à l'aide de la relation v = d / t, puis la moyenne des trois valeurs obtenues.

Distance du parcours : d = ……………… m

Essai n°123
Durée t (s)
Vitesse v = d/t (m/s)

Vitesse moyenne des trois essais : vmoy = ……………… m/s

Partie B — Poids et masse
0 N dynamomètre m P
Suspends la masse m au dynamomètre et lis le poids P indiqué (en newtons).
  1. Accroche la première masse marquée au crochet du dynamomètre suspendu à la potence.
  2. Lis la valeur du poids P indiquée par le dynamomètre, une fois qu'il est immobile.
  3. Répète l'opération avec chacune des 5 masses marquées.
  4. Convertis chaque masse en kilogrammes avant de compléter le tableau.
Masse m (g)50100150200250
Masse m (kg)
Poids P (N)
Graphique — Poids en fonction de la masse, P = f(m)

Place un point pour chaque mesure (masse en kg en abscisse, poids en N en ordonnée), puis trace la droite qui passe au mieux par ces points (elle doit passer par l'origine).

P (N) m (kg)

Coefficient directeur de la droite (= intensité de la pesanteur) : g = ……………… N/kg

Questions d'interprétation

1. Comment varie le poids d'un objet lorsque sa masse augmente ?

2. Que représente physiquement le coefficient directeur de la droite P = f(m) ? Compare ta valeur à la valeur attendue (g ≈ 9,8 N/kg).

3. Si cette expérience était réalisée sur la Lune, la masse des objets changerait-elle ? Et leur poids ? Justifie.

4. À l'aide de la relation P = m × g et de g ≈ 9,8 N/kg, calcule le poids d'un objet de masse 500 g sur Terre.

5. Un objet parcourt 1,00 m en 2,5 s. Calcule sa vitesse moyenne en m/s.

Trace écrite — bilan
La vitesse moyenne d'un mobile se calcule par la relation v =   /  , avec d la distance parcourue en   et t la durée du parcours en  .

Le poids P d'un objet est lié à sa masse m par la relation P =   ×  , où g est l'intensité de la pesanteur, qui s'exprime en   et vaut environ   sur Terre.

Contrairement au poids, la   d'un objet ne dépend pas du lieu où il se trouve.

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