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2) Rappel : énoncé du principe d’inertie (1er principe de Newton)

Si un système de masse m n’est soumis à aucune force (système isolé), ou s’il est soumis à un ensemble de forces dont la résultante est nulle (système pseudo-isolé), alors le centre d’inertie G du système décrit un mouvement rectiligne et uniforme. 3) Rappel : énoncé du principe des actions réciproques (3e principe de Newton) →

Si un corps A exerce une force F A/B sur un corps B, alors le corps B exerce →

→

→

également une force F B/A sur le corps A tel que F A/B = − F B/A. 4) Le principe fondamental de la dynamique (2e principe de Newton) : Etude expérimentale a) Dispositif expérimental

Le système composé d'un chariot de masse M1 et d'un corps descendant de masse M2 est accéléré sous l'action de la force constante → → F = M2⋅ g . Physique IIème

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→

Le système de masse totale M = M1 + M2 prend donc une accélération a qu'il s'agit de déterminer. b) Mesures

Lorsque le chariot passe devant les 2 cellules photoélectriques, le chronomètre effectue les mesures suivantes : 1) Il mesure le temps de passage ∆t1 de la cache du chariot devant la cellule 1. Comme la largeur de la cache est connue (2 cm), on peut facilement calculer la vitesse moyenne au cours de l’intervalle ∆t1. Comme ∆t1 est très faible, nous assimilons cette vitesse moyenne à la vitesse instantanée v1 du chariot à l’instant du passage du milieu de la cache devant la cellule 1. 2) Il mesure le temps ∆t que met le bord droit de la cache à passer de la cellule 1 vers la cellule 2. 3) Il mesure le temps de passage ∆t2 de la cache du chariot devant la cellule 1. Comme la largeur de la cache est connue (2 cm), on peut facilement calculer la vitesse moyenne au cours de l’intervalle ∆t2. Comme ∆t2 est très faible, nous assimilons cette vitesse moyenne à la vitesse instantanée v2 du chariot à l’instant du passage du milieu de la cache devant la cellule 2.

c) Calculs →

Comme le mouvement est rectiligne, et que v2 >v1, le module du vecteur a est : v − v1 a= 2 . ∆t

d) Résultats

1) Prenons M et F constants : Nous déterminons l’accélération à différentes positions du banc à coussin d’air. Nous trouvons qu’elle a partout même valeur. Le mouvement du chariot est donc un mouvement rectiligne uniformément varié. 2) Prenons M constante : Nous déterminons l'accélération a pour plusieurs valeurs différentes → de l'intensité de la force F .

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F (N)

∆t1 (s)

v1 (cm/s)

∆t2 (s)

v2 (cm/s)

∆t (s)

a (cm/s2)

F/a (kg)

On constate :

2) Prenons F constante : Nous déterminons l'accélération pour plusieurs masses M1 différentes, donc pour des masses M différentes. F (N)

∆t1 (s)

v1 (cm/s)

∆t2 (s)

v2 (cm/s)

∆t (s)

a (cm/s2)

M·a (kg·m/s2)

On constate :

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e) Conclusion

f) Unité S.I. : le newton (N)

Les unités kg, m et s (= unités qui interviennent dans celles de la masse et de l’accélération) sont parfaitement définies ! 1 seconde =

la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'étalon de Caesium 133.

1 kilogramme =

la masse d'un objet dénommé kilogramme-étalon et conservé au Pavillon de Breteuil à Sèvres.

1 mètre =

la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant le 1 temps 299 792 458 s.

En établissant le Système International d'unités, les physiciens ont convenu de donner à la constante k une valeur égale à 1, ce qui définit l'unité pour la force :

1 newton =

la force qui appliquée à un corps de masse 1 kg, provoque chez ce corps une accélération de 1 m/s2.

ou encore : 1 newton =

la force qui appliquée à un corps de masse 1 kg, provoque chez ce corps une variation de la vitesse de 1 m/s chaque seconde.

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