Exercice n°3: Etude du mouvement d'un mobile autoporteur Le lycée dispose d'une table à coussin d'air permettant d'étudier le mouvement de mobiles autoporteurs. Le document ci-dessous donne l'enregistrement des positions du centre de ce mobile en mouvement. Sa position notée M est marquée toutes les t = At = 100 ms. On note Mo sa position initiale (t=0), M₁ sa position à l'instant =100 ms, M2 sa position à l'instant 2 =200 ms, M3 sa position l'instant 3 =300 ms, ... etc. sens du mouvement Mo VA "M1 Hi M3 • Hy •M5 •Mo (9,5 points) Compléter l'enregistrement en plaçant les points Mo; M1; M2; M3; M4; M5 et M6. Dans quel référentiel étudie-t-on le mouvement du point M? Comment appelle-t-on dans le cas général la courbe représentant l'ensemble des positions du point M? Exprimer la vitesse v4 au point M4 en fonction de la distance M3M5 et de τ (ou At). L'échelle des distances de l'enregistrement étant 1 cm est en M4. 1m, calculer la valeur v4 de la vitesse du point matéri En prenant comme échelle des vitesses 1cm10 m.s-1, construire le vecteur vitesse v4 sur l'enregistrement Le vecteur vitesse vi de la figure ci-dessus a une norme qui a pour expression : V₁ = MoM2 2T MoM2 2 x At Il a été construit avec la même échelle de vitesse qu'à la question 6. Déterminer alors la valeur de la vitesse v Comparer v1 et V4. Quelle hypothèse peut-on alors émettre en ce qui concerne le mouvement du point mobile Prouver à l'aide de l'enregistrement que le mouvement du point M est circulaire uniforme. - Qu'aurait-on obtenu comme trajectoire si le mouvement du point M était rectiligne ? Illustrer par un schéma copie, sans souci d'échelle, un mouvement rectiligne uniforme. Vous utiliserez pour cette illustration les points M0 à M6.​

Répondre :

Bonjour !

Complétion de l'enregistrement

Voici l'enregistrement complété avec les points Mo à M6 :

```
+---------------+
| Mo |
+---------------+
|
|
v
+---------------+
| M1 |
+---------------+
|
|
v
+---------------+
| M2 |
+---------------+
|
|
v
+---------------+
| M3 |
+---------------+
|
|
v
+---------------+
| M4 |
+---------------+
|
|
v
+---------------+
| M5 |
+---------------+
|
|
v
+---------------+
| M6 |
+---------------+
```

**Référentiel et courbe des positions**

Le mouvement du point M est étudié dans un référentiel fixe, c'est-à-dire que le référentiel est attaché à la table à coussin d'air.

La courbe représentant l'ensemble des positions du point M est appelée trajectoire.

**Vitesse v4**

La vitesse v4 au point M4 est exprimée par :

v4 = (M5 - M3) / τ

**Construction du vecteur vitesse v4**

Voici le vecteur vitesse v4 construit sur l'enregistrement avec une échelle de vitesse de 1 cm = 10 m/s :

```
+---------------+
| v4 |
+---------------+
|
|
v
+---------------+
| M4 |
+---------------+
```

**Vitesse v1**

La vitesse v1 est exprimée par :

V₁ = MoM2 / 2T

**Comparaison des vitesses**

La valeur de la vitesse v1 est supérieure à la valeur de la vitesse v4. Cela suggère que le point M décrit un mouvement circulaire uniforme.

**Hypothèse**

En conséquence, nous pouvons émettre l'hypothèse que le mouvement du point M est circulaire uniforme.

**Démonstration du mouvement circulaire uniforme**

Pour démontrer que le mouvement du point M est circulaire uniforme, nous allons utiliser l'enregistrement. Nous pouvons voir que les distances entre les points M sont égales, ce qui indique que le point M décrit un cercle. De plus, les angles entre les segments M0M1, M1M2, M2M3, etc. sont égaux, ce qui indique que le mouvement est uniforme.

**Trajectoire rectiligne**

Si le mouvement du point M était rectiligne, la trajectoire serait une ligne droite. Voici un schéma copie de la trajectoire rectiligne :

```
+---------------+
| Mo |
+---------------+
|
|
v
+---------------+
| M1 |
+---------------+
|
|
v
+---------------+
| M2 |
+---------------+
|
|
v
+---------------+
| M3 |
+---------------+
|
|
v
+---------------+
| M4 |
+---------------+
|
|
v
+---------------+
| M5 |
+---------------+
|
|
v
+---------------+
| M6 |
+---------------+
```

Notez que la trajectoire rectiligne est très différente de la trajectoire circulaire uniforme observée dans l'enregistrement.